一种高耐磨阀门球体钛合金材料的制作方法

本发明属于合金材料领域，具体涉及一种高耐磨阀门球体钛合金材料。

背景技术：

阀门是用来开闭管路、控制流向、调节和控制输送介质的参数（温度、压力和流量）的管路附件，泵阀工作的环境多样，恶劣，对材质的要求很高，目前泵阀用的合金钢有多种多样，技术有很大进步，但是仍有很多问题存在，如耐磨性、硬度、防锈性能、耐腐蚀性能、耐高低温性能、脆性、韧性等，并且价格昂贵，在很多场合还不能满足生产的要求，还需要进一步改进，以提高生产效率，降低成本，提高安全性，为高精尖技术发展提供保障，为社会发展提供动力。该发明的阀门用于石油钻井行业，介质含有泥沙等杂质，对普通材料的阀门磨损很大，球体通常采用yg6等牌号的硬质合金制作，成本较高。

油井用硬质合金球阀中球体易被磨损失圆失效，而阀座的使用寿命远远大于球体，带来不必要的浪费。通常使用yg13与yg6两种不同牌号硬质合金制成阀座和球体，两种硬度不同的材质配合使用，球座偏软，球体偏硬，使球体的磨损量小于阀座的磨损量，延长阀门的整体使用寿命。实际工况较为复杂，既有磨粒磨损又有粘着磨损等情况，球体任然是主要失效源。为提高阀门的使用寿命，增加球体的耐磨性能是主要的突破点。

鉴于上述不足，寻求一种抗磨粒磨损和粘着磨损强、硬度高、成本低的高耐磨阀门球体合金材料是目前行业内急需的。

技术实现要素：

基于上述分析，本发明的目在于提供了一种抗磨粒磨损和粘着磨损强、硬度高、密度低、成本低，耐磨性好的高耐磨阀门球体钛合金材料。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高耐磨阀门球体钛合金材料的化学成分组成包括（按质量百分比计）：tic15%-28%；ni6%-10%；co6%-10%；cr3c22%；余量为wc以及其它不可避免的杂质。

进一步的，按质量百分比计，该阀门球体钛合金材料的化学成分组成为：tic28%；ni7%；co7%；cr3c22%；余量为wc以及其它不可避免的杂质。

进一步的，按质量百分比计，该阀门球体钛合金材料的化学成分组成为：tic35%；ni7%；co7%；cr3c22%；余量为wc以及其它不可避免的杂质。

进一步的，按质量百分比计，该阀门球体钛合金材料的化学成分组成为：tic40%；ni10%；co10%；cr3c22%；余量为wc以及其它不可避免的杂质。

进一步的，按质量百分比计，该阀门球体钛合金材料的化学成分组成为：tic20%；ni7%；co7%；cr3c22%；余量为wc以及其它不可避免的杂质。

进一步的，按质量百分比计，该阀门球体钛合金材料的化学成分组成为：tic15%；ni6%；co6%；cr3c22%；余量为wc以及其它不可避免的杂质。

一种阀门球体钛合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将金属粉末tic、ni、co、cr3c2以及wc按比例混合，在球磨机中球磨，并加入酒精作为球磨介质；

2）将研磨后的粉末在真空环境下干燥，去除酒精，添加成型剂，将粉末制成颗粒状；

3）冷等静压机橡胶模压成型。

4）真空状态下烧结融合。

进一步的，所述金属粉末混合后在球磨机中研磨72小时，球料比为3:1，每千克金属粉末混合物添加2l酒精。

进一步的，所述成型剂所述加入量为金属粉末质量的8%，成型剂为sd树脂。

进一步的，所述冷等静压压力为80mpa，保压60s；烧结温度为1500℃，烧结时间为16小时，真空度小于20pa，1000-1050℃脱氧时间大于120min。

本发明的有益效果在于：

1、成本低。配方成本低，tic约40元/kg，wc约280元/kg，每公斤原材料价格低约70元。材料成本降低约25%。

2、质轻。密度较一般硬质合金低40%，同样尺寸的产品，质量轻40%。

3、硬度高，耐磨性好。合金硬度大于hra91.5，产品使用寿命约增加200%。

附图说明

图1为实施例1所制得的高耐磨阀门球体钛合金材料显微组织图。

图2为实施例1制得的高耐磨阀门球体钛合金材料在25mpa压力下进行的耐磨试验图。

具体实施方式

实施例1

高耐磨阀门球体钛合金材料：

按质量百分比计，将28%tic、7%ni、7%co、2%cr3c2以及余量为wc的粉末混合后，在球磨机中球磨72小时，球料比为3:1，研磨时每千克金属粉末混合物添加2l酒精作为球磨介质。然后将球磨后的粉末在真空环境下干燥，蒸出酒精。干燥粉末中加入成型剂sd树脂，sd树脂加入量占粉末质量的8%，使粉末具有压制性能，60目过筛制成颗粒状。冷等静压机橡胶模压成型（冷等静压压力为80mpa，保压60s），真空烧结炉烧结成坯体，其中，烧结温度为1500℃，烧结时间为16小时，真空度小于20pa，1000-1050℃脱氧时间大于120min。

本实施例制得的高耐磨阀门球体钛合金材料显微组织如图1所示，合金的晶粒为碳化钛和碳化钨的固溶体，这有利于材料的硬度性能。

本实施例制得高耐磨阀门球体钛合金材料在25mpa压力下进行的耐磨试验如图2所示，72小时内的磨损量远小于一般的硬质合金材料，体现了优良的耐磨性能。

本实施例制得的高耐磨阀门球体钛合金材料密度低,其密度为9.0g/cm³；质量轻，仅为一般硬质合金的60%；硬度>91.5hra；强度>1800n/mm²。

实施例2

高耐磨阀门球体钛合金材料：

按质量百分比计，将35%tic、7%ni、7%co、2%cr3c2以及余量为wc的粉末混合后，在球磨机中球磨72小时，球料比为3:1，研磨时每千克金属粉末混合物添加2l酒精作为球磨介质。然后将球磨后的粉末在真空环境下干燥，蒸出酒精。干燥粉末中加入成型剂sd树脂，sd树脂加入量占粉末质量的8%，使粉末具有压制性能，60目过筛制成颗粒状。冷等静压机橡胶模压成型（冷等静压压力为80mpa，保压60s），真空烧结炉烧结成坯体，其中，烧结温度为1500℃，烧结时间为16小时，真空度小于20pa，1000-1050℃脱氧时间大于120min。

本实施例制得的高耐磨阀门球体钛合金材料密度低,其密度为7.5g/cm³；质量轻，仅为一般硬质合金的60%；硬度>91hra；强度>1350n/mm²。

实施例3

高耐磨阀门球体钛合金材料：

按质量百分比计，将40%tic、10%ni、10%co、2%cr3c2以及余量为wc的粉末混合后，在球磨机中球磨72小时，球料比为3:1，研磨时每千克金属粉末混合物添加2l酒精作为球磨介质。然后将球磨后的粉末在真空环境下干燥，蒸出酒精。干燥粉末中加入成型剂sd树脂，sd树脂加入量占粉末质量的8%，使粉末具有压制性能，60目过筛制成颗粒状。冷等静压机橡胶模压成型（冷等静压压力为80mpa，保压60s），真空烧结炉烧结成坯体，其中，烧结温度为1500℃，烧结时间为16小时，真空度小于20pa，1000-1050℃脱氧时间大于120min。

本实施例制得的高耐磨阀门球体钛合金材料密度低,其密度为6.0g/cm³；质量轻，仅为一般硬质合金的60%；硬度>91.5hra；强度>950n/mm²。

实施例4

高耐磨阀门球体钛合金材料：

按质量百分比计，将20%tic、7%ni、7%co、2%cr3c2以及余量为wc的粉末混合后，在球磨机中球磨72小时，球料比为3:1，研磨时每千克金属粉末混合物添加2l酒精作为球磨介质。然后将球磨后的粉末在真空环境下干燥，蒸出酒精。干燥粉末中加入成型剂sd树脂，sd树脂加入量占粉末质量的8%，使粉末具有压制性能，60目过筛制成颗粒状。冷等静压机橡胶模压成型（冷等静压压力为80mpa，保压60s），真空烧结炉烧结成坯体，其中，烧结温度为1500℃，烧结时间为16小时，真空度小于20pa，1000-1050℃脱氧时间大于120min。

本实施例制得的高耐磨阀门球体钛合金材料密度低,其密度为11.0g/cm³；质量轻，仅为一般硬质合金的60%；硬度>89hra；强度>1800n/mm²。

实施例5

高耐磨阀门球体钛合金材料：

按质量百分比计，将15%tic、6%ni、6%co、2%cr3c2以及余量为wc的粉末混合后，在球磨机中球磨72小时，球料比为3:1，研磨时每千克金属粉末混合物添加2l酒精作为球磨介质。然后将球磨后的粉末在真空环境下干燥，蒸出酒精。干燥粉末中加入成型剂sd树脂，sd树脂加入量占粉末质量的8%，使粉末具有压制性能，60目过筛制成颗粒状。冷等静压机橡胶模压成型（冷等静压压力为80mpa，保压60s），真空烧结炉烧结成坯体，其中，烧结温度为1500℃，烧结时间为16小时，真空度小于20pa，1000-1050℃脱氧时间大于120min。

本实施例制得的高耐磨阀门球体钛合金材料密度低,其密度为12.5g/cm³；质量轻，仅为一般硬质合金的60%；硬度>88hra；强度>1800n/mm²。