[发明专利]一种粉末轧制制备高致密度细晶钛合金的方法

说明书

本发明是一种粉末轧制制备高致密度细晶钛合金的方法，该方法包括以氢化钛和相应的中间合金粉末为原料，通过冷等静压制备粉末压坯，其特征在于：该方法包括：利用氢气/氩气混合气氛烧结，制备含氢的钛合金粉末烧结坯；对含氢钛合金粉末烧结坯进行热轧制，再对轧制后的合金板材或棒材进行真空热处理，得到脱氢的钛合金板材或棒材坯料。本发明方法工艺流程短、原料成本低、材料利用率高，制备出的钛合金制件致密度高、成分均匀、晶粒细小、力学性能优异。

技术领域

本发明是一种粉末轧制制备高致密度细晶钛合金的方法，属于粉末冶金技术领域。

技术背景

钛合金比强度高、耐腐蚀能力强、生物相容性好，在航空航天、汽车制造、体育器材和生物医用等领域有广阔的应用前景。传统的钛合金制备工艺以铸锭冶金方法为主，通过熔炼合金铸锭与锻造、轧制等热机械加工工艺结合，制备出的钛合金力学性能优异，但传统铸锻钛合金材料利用率低导致成本居高不下，严重限制了钛合金的应用领域。粉末冶金技术是目前最具经济性的钛合金制备工艺之一，可以大幅度提高材料利用率，并且制备出的钛合金组织均匀细小，性能良好。然而，由于钛合金高活性、高熔点的特性使得粉末钛合金致密化困难，通常需要以昂贵的球形预合金粉末与热等静压等高成本的成形工艺相结合才能实现，这与粉末冶金降低成本的目的相悖。以元素粉末为原料的混合元素粉末冶金工艺利用元素粉末的成形与反应烧结来制备粉末钛合金，不需要进行合金熔炼过程，可以很大程度地降低合金的制备成本。但混合元素粉末冶金方法制备的钛合金中存在较多的孔隙，严重影响了合金的力学性能，从而降低了合金的使用价值。综上所述，传统的铸锭冶金工艺制备钛合金性能优异但成本较高，粉末冶金工艺具备大幅度降低钛合金制备成本的潜力，但目前的工艺仍不能实现高性能与低成本的结合。

相比于热挤压、等温锻造，热轧能够显著降低能耗，降低生产成本，将粉末热轧加工工艺应用到粉末钛合金的成型的过程中可以显著降低合金的加工成本，在提高合金致密度的同时还能起到细化晶粒的作用。另外，氢元素在钛粉末冶金领域的应用广泛，包括粉末制备、烧结、置氢处理等方面。有研究表明，氢元素可以提高原子扩散能力、提高钛合金高温变形能力，对粉末钛合金热变形过程中孔隙闭合有显著帮助。此外，氢还能钉扎晶界，从而细化晶粒。因此将氢化钛粉末、氢气烧结与置氢热轧制相结合，可以获得组织均匀细小、致密度高的具有良好力学性能的粉末钛合金。

发明内容

本发明针对现有技术的不足设计提供了一种粉末轧制制备高致密度细晶钛合金的方法，其目的是以氢化钛为主要原料，利用简单工艺制备高致密钛合金。该方法工艺简单，成本低，产品力学性能优异，适用范围广。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种粉末轧制制备高致密度细晶钛合金的方法包括以氢化钛和相应的中间合金粉末为原料，通过冷等静压制备粉末压坯，其特征在于：该方法包括：

利用氢气/氩气混合气氛烧结，制备含氢的钛合金粉末烧结坯；

对含氢钛合金粉末烧结坯进行热轧制，再对轧制后的合金板材或棒材进行真空热处理，得到脱氢的钛合金板材或棒材坯料。

进一步，对含氢的钛合金粉末进行烧结的工艺参数为：烧结温度为1000～1450℃，保温时间为1～4h，气氛中氢气体积分数为10～100％，其余为氩气，升温速率为3～20℃/min。

进一步，氢化钛和相应的中间合金粉末粒度为100～500目。

进一步，所述冷等静压的压力为150～400MPa。

进一步，所述热轧制的轧制温度为低于相变点10～100℃，总变形量大于50％。每道次轧制变形量为10～30％。

进一步，所述真空热处理过程中的真空度为≤0.1Pa。