一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料领域，尤其是钛合金领域，具体为一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法。
【背景技术】
[0002]钛合金通常具有高强度、高重量比、耐腐蚀的特性，并且在适度高温下抗蠕变。由于具有上述优点，钛合金常被用于航空和航天应用中，包括起落架构件、发动机机架的关键结构部件、压缩机叶片、液压系统部件和发动机舱的喷气式发动机中。
[0003]目前，航空用钛合金零部件的制造方法主要包括铸造、熔炼锻造和粉末冶金等。与粉末冶金钛合金制备技术相比，采用铸造、熔炼锻造两种方法生产钛合金，存在周期长、能耗高、材料利用率低的问题，这在一定程度上阻碍了钛材料的应用和推广。
[0004]而粉末冶金法作为一种高产量、低成本、生产近净成型部件的方法，其不仅能最大限度地减少成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织，而且均匀性和机械性能完全得到保证，能很好地控制零部件的尺寸稳定性和重复性。
[0005]然而，采用传统粉末冶金法制备钛合金时，存在如下两方面的缺陷:
1)致密度较低，由于钛的活性较大，容易吸附并形成一层致密氧化膜，导致采用传统粉末冶金法所制备钛合金的致密度仅能达到95%左右；
2)显微组织较为粗大，采用传统粉末冶金法所制备钛合金的力学性能，尤其是室温塑性非常低。
[0006]针对前述问题，迫切需要一种新的方法，以解决上述问题。
【发明内容】
[0007]本发明的发明目的在于:针对目前采用传统粉末冶金法所制备的钛合金存在致密度较低，显微组织较为粗大的问题，提供一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法。本发明制备钛合金的致密度可达到100%，且具有晶粒尺寸细小、力学性能优异、比强度高的特点，能够满足航空、航天领域对高致密度、高性能钛合金的需求。本发明设计合理，能够有效解决前述问题，对于钛合金的制备具有重要意义。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法，包括如下步骤:
(1)制备钛合金混合粉末
按钛合金的配比称取各组分，将称取的组分记为原料，分别将原料、钛磨球、研磨介质放入球磨罐中，将球磨罐密封后进行湿法研磨，球磨罐的转速为100?320r/min，研磨I?10小时，然后将钛磨球分离，得到浆料，浆料经沉淀、干燥后，得到钛合金混合粉末；
(2)冷等静压成型
将步骤I得到的钛合金混合粉末装入软模后，采用冷等静压成型，得到坯料；
(3)致密体烧结将步骤2得到的坯料进行真空烧结，烧结温度为1000°C?1350°C，保温10min~240min，冷却得到烧结样品；
(4)热等静压致密化
将步骤3得到的烧结样品进行热等静压烧结，热等静压温度为900°C?1350°C，保压0.5?180min，冷却得到致密化样品；
(5)脱模
将步骤4得到的致密化样品脱模后，即得钛合金；
所述步骤I中，原料、钛磨球、研磨介质的质量比为I?2: 4?10: I?4;
所述步骤2中，冷等静压成型的压力为100?270MPa，时间5?60min。
[0009]所述步骤I中，球磨介质为无水乙醇。
[0010]所述钛磨球的直径为5?10mm。
[0011]所述球磨罐为不锈钢球磨罐。
[0012]所述步骤3中，冷却速率为1°C /min ~3°C /min。
[0013]所述步骤4中，冷却速率为1°C /min ~3°C /min。
[0014]针对前述问题，本发明提供一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法，其包括制备钛合金混合粉末、冷等静压成型、致密体烧结、热等静压致密化、脱模等步骤。采用本发明所制备的钛合金致密度可达100%，且晶粒尺寸细小、力学性能优异、比强度高。
[0015]本发明中，首先制备钛合金混合粉末。按钛合金的配比，称取钛粉及其它粉末，并将原料(钛粉及其它粉末)、钛磨球、研磨介质按I?2: 4?10: I?4质量比混合后，放入不锈钢球磨罐中，将球磨罐密封好后，置入行星式球磨机上进行湿法研磨。球磨罐的转速为100?320r/min，研磨时间为I?10小时。研磨后，用100目金属网筛将钛磨球和楽料分离，并将浆料进行沉淀、干燥，得到钛合金混合粉末。然后将钛合金混合粉末依次进行冷等静压成型、致密体烧结，所得烧结样品的致密度为90°/『98%。烧结样品再进行热等静压烧结，冷却得到致密化样品，致密化样品脱模后，即得钛合金。经测定，所制得的钛合金致密度可达100%，且晶粒尺寸细小、力学性能优异、比强度高。
[0016]本发明有效解决了现有粉末冶金制备钛合金难以烧结致密，合金的力学性能较低的问题，所制备的钛合金致密度可达100%，且晶粒尺寸细小、力学性能优异、比强度高，可应用于航空航天领域中的关键结构部件等，有利于钛合金相关行业的发展，具有较好的应用前景，值得大规模推广和应用。
【具体实施方式】
[0017]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0018]本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0019]实施例1
I)按T1-V-Cr合金的配比，称取钛粉及其它粉末，并将称取的组分与钛磨球、无水乙醇按1: 4:1质量比混合后，放入不锈钢球磨罐中，其中钛磨球的粒径为5_。将球磨罐密封好后，置入行星式球磨机上，进行湿法研磨，球磨罐的转速为100r/min，研磨时间为I小时。研磨后，用100目金属网筛将钛磨球和浆料分离，浆料经沉淀、干燥后，得到钛合金混合粉末。
[0020]2)将步骤I得到的钛合金混合粉末装入软模后，采用冷等静压成型，压力为10MPa,时间5min，得到坯料。
[0021]3)将冷等静压后的坯料进行真空烧结，烧结温度为1000°C，保温lOmin，冷却得到烧结样品，烧结样品的致密度为90%。
[0022]4)将真空烧结后的烧结样品进行热等静压烧结，热等静压温度为1350°C，保压时间为180min，冷却得到致密化样品，冷却速率:1°C /min ~3°C /min。
[0023]5)热等静压后的致密化样品经脱模后，即得钛合金。经测定，钛合金的致密度为100%，平均晶粒尺寸约为25 μ m，合金强度优于920MPa。