专利名称：一种高速压制成形制备钛合金的方法
技术领域：
本发明属于粉末冶金技术领域，特别属于ー种利用高速压制成形制备钛合金的方法。
背景技术：
钛合金具有密度小、比強度高和耐蚀性能好等优良特性，在航空航天、舰船、化工、 汽车和医疗器械等领域得到广泛应用，尤其是在汽车エ业和民用领域的应用正日益扩大。 然而传统的钛制备エ艺复杂、生产成本高，严重地阻碍了钛的应用和发展。粉末冶金是ー种近净成形、低成本的材料制备技术，但钛塑性差、加工硬化速率高的特性使其用传统的模压方法成形十分困难，压坯致密度通常低于85%，需要进ー步借助热压或热等静压等エ艺提高密度，导致制造成本急剧升高。因此，寻求高性能、低成本的制备技术一直是钛材的发展目标。高速压制技术的出现则有望解决钛难致密和制造成本高的难题。高速压制技术是2001年出现的ー种高效率制备高性能粉末冶金零件的新技术。 与传统成形方法相比，该技术具有成本低、压坯密度高且分布均匀、低弾性后效(比常规降低30% )和高精度、模具使用寿命长( >十万次)和粉末烧结活性好等特点。以成形铁粉为例，传统压制的压还密度为7. lg/cm3,温压的为7. 3g/cm3,而高速压制的可高达7. 5g/ cm3。当密度达到一定值后，材料的硬度、抗拉强度、疲劳强度、韧性等都会随密度的增加而呈几何级数増大。目前，高速压制技术成形Fe粉、Cu粉、Ti粉和不锈钢粉已获得较好效果，压坯致密度均可达到95%。尤其是高速压制Ti粉的压坯致密度为97. I %，经烧结后获得了全致密的纯Ti材料。高速压制也可成形钛合金粉末(Ti-6A1-4V)，制备钛合金的致密度> 95%。 目前尚没有采用高速压制技术成形钛混合粉末制备钛合金的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有钛合金制备エ艺复杂、成本高等不足，提供ー种利用粉末冶金高速压制成形制备钛合金的方法。本发明的目的通过以下技术方案实现混合含钛金属粉末、润滑模壁、高速压制成形制备压坯和真空烧结，其步骤如下(I)按重量百分比if, 87. 2Ti-4. 5A1-6. 8Mo_l. 5Fe的配比称取粒径12. 94 53. 06 ii m的Ti粉、粒径2 3 y m的Al粉、粒径5 10 y m的Mo粉和粒径I 5 y m的Fe 粉，在IS气气氛中球磨8h,得到混合粉末；(2)用硬脂酸锌无水こ醇乳浊液润滑模腔内壁；(3)将混合粉末填充于模腔内，加压至60 70MPa，保压I 3s，预压排气；(4)采用冲击速度为3. 36 4. 50m/s、冲击能量与装粉量之比为760 1370 J 8. 30 9. OOg,制备压坯；(5)将压坯置于真空烧结炉中，升温速率为2 4°C/min，在真空度为IX 10_3 I X KT4Pa和1050 1250°C下烧结，保温2 3h，得到所述钛合金。与现有技术相比，本发明具有以下优点I.通常采用模压成形Ti粉需要加入高质量含量的润滑剂，而本发明无需添加润滑剂即实现粉末的高致密成形，避免了氧、碳等间隙元素的污染使材料性能恶化；2.本发明高速压制成形混合粉末的致密度> 95%，显著高于采用冷等静压成形的通常为85%的致密度；而烧结后致密度>98%。这种高致密度通常要采用高成本的热等静压才能达到；硬度HV为374 394，弯曲强度为1439 2170MPa。3.本发明实现了短流程、低成本制备高密度、高性能钛合金，エ艺简单，成本低，实用性好，所制备出的钛合金致密度高，性能优良。本发明还可适用于以钛为基体的其它钛合金、钛基复合材料的制备。
图I为实施例5在1050°C烧结下制备的钛合金金相照片；图2为实施例5在1150°C烧结下制备钛合金的金相照片；图3为实施例5在1250°C烧结下制备钛合金的金相照片。
具体实施例方式下面结合实施例进ー步详细描述本发明，但本发明实施方式不限于此。实施例I采用市售的氢化脱氢Ti粉、Al粉、Mo粉和Fe粉，Ti粉粒径12. 94 53. 06 U m、 Al粉粒径2 3 ii m，Mo粉粒径为5 10 y m，Fe粉粒径为I 5 y m。高速压制成形制备钛合金的步骤及エ艺条件如下称取Ti粉436g、Al粉22. 5g、Mo粉34g和Fe粉7. 5g置于球磨罐中，充入氩气，在球磨机上球磨8h，球磨成均匀的混合粉末；用硬脂酸锌无水こ醇乳浊液润滑模腔内壁；将混合粉末填充于模腔内，加压至60MPa，保压3s，预压排气；采用冲击速度为3. 36m/s、冲击能量与装粉量之比为J760J 9. 00g，制备压坯；将压坯置于高真空烧结炉中，升温速率为 20C /min，在真空度为1X10—3 I X KT4Pa和1050 1250°C下烧结，保温时间3h，随炉冷却制备钛合金。所制备压还的密度为4. 166g/cm3,烧结后性能见表I :表I
权利要求
1.一种高速压制成形制备钛合金的方法，其特征在于混合含钛金属粉末、润滑模壁、 高速压制成形制备压坯和真空烧结，其步骤如下(1)按重量百分比计，87.2Τ -4. 5A1-6. 8Mo_l. 5Fe的配比称取粒径12. 94 53. 06 μ m 的Ti粉、粒径2 3 μ m的Al粉、粒径5 10 μ m的Mo粉和粒径I 5 μ m的Fe粉，在氩气气氛中球磨8h，得到混合粉末；(2)用硬脂酸锌无水乙醇乳浊液润滑模腔内壁；(3)将混合粉末填充于模腔内，加压至60 70MPa，保压I 3s，预压排气；(4)采用冲击速度为3.36 4. 50m/s、冲击能量与装粉量之比为760 1370J 8. 30 9. OOg,制备压坯；(5)将压坯置于真空烧结炉中，升温速率为2 4V/min,在真空度为IX 10_3 I X KT4Pa和1050 1250°C下烧结，保温2 3h，得到所述钛合金。
全文摘要
一种高速压制成形制备钛合金的方法。其步骤为混合含钛金属粉末、润滑模壁、高速压制成形制备压坯和真空烧结。本发明通过高速压制成形和真空烧结制备出高致密钛合金，工艺简单，实现了短流程、低成本制备高性能钛合金。制备的钛合金的致密度≥98.08％，硬度HV为374～394，弯曲强度为1439～2170MPa。本发明还可适用于以钛为基体的其它钛合金、钛基复合材料的制备。
文档编号C22C14/00GK102586639SQ20121007291
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者蔡一湘, 闫志巧, 陈 峰 申请人:广州有色金属研究院