[发明专利]一种高速压制成形制备钛合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别属于一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、比强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，尤其是在汽车工业和民用领域的应用正日益扩大。然而传统的钛制备工艺复杂、生产成本高，严重地阻碍了钛的应用和发展。粉末冶金是一种近净成形、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％，需要进一步借助热压或热等静压等工艺提高密度，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年出现的一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、低弹性后效(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，传统压制的压坯密度为7.1g/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增大。

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97.1％，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-6Al-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工艺复杂、成本高等不足，提供一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：

(1)按重量百分比计，87.2Ti-4.5Al-6.8Mo-1.5Fe的配比称取粒径12.94～53.06μm的Ti粉、粒径2～3μm的Al粉、粒径5～10μm的Mo粉和粒径1～5μm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1～3s，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∶8.30～9.00g，制备压坯；

(5)将压坯置于真空烧结炉中，升温速率为2～4℃/min，在真空度为1×10^-3～1×10^-4Pa和1050～1250℃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：

1.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，工艺简单，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。

附图说明

图1为实施例5在1050℃烧结下制备的钛合金金相照片；

图2为实施例5在1150℃烧结下制备钛合金的金相照片；

图3为实施例5在1250℃烧结下制备钛合金的金相照片。

具体实施方式

下面结合实施例进一步详细描述本发明，但本发明实施方式不限于此。

实施例1

采用市售的氢化脱氢Ti粉、Al粉、Mo粉和Fe粉，Ti粉粒径12.94～53.06μm、Al粉粒径2～3μm，Mo粉粒径为5～10μm，Fe粉粒径为1～5μm。高速压制成形制备钛合金的步骤及工艺条件如下：