专利名称：一种制备高尔夫球杆头用钛合金的粉末冶金方法
技术领域：
本发明涉及高尔夫球杆头用钛合金的制备方法，特别是一种 制备高尔夫球杆头用钛合金的粉末冶金方法。
背景技术：
当前，高尔夫球杆头用钛合金材料通常采用铸造以及后续多 次机加工、热加工和热处理等一系列工艺方法制备。这种方法具有工艺复 杂，能耗大，原材料利用率不高，以及成材率低等缺点，同时钛合金本身 具有难加工性，由此造成钛合金高尔夫球杆头的高成本。采用粉末冶金方 法制备高尔夫球杆头用钛合金材料，目前国内无相关公开报道。
发明内容
本发明旨在向高尔夫球杆头材料中引入粉末冶金钛合金，提 供一种采用金属粉末为原料，通过粉末冶金工艺制备高尔夫球杆头用钛合 金的一种方法，以降低当前钛合金高尔夫球杆头的高成本。本发明采用以下方案采用一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末为原料，经粉末冶金工艺制备高尔夫球杆头用粉末冶金钛合金材料，其具体工艺路线为原料粉末粒度配比一原料粉末成份配比一混料一压制成形一烧结一烧结后淬火一锻造及热处理。采用具有一定粒度配比的Ti粉， 以及一定成分范围的添加粉末为原料；将Ti粉和添加粉末进行混料，得到 混合粉末；混合粉末采用模压成形方式，制成片状坯；在烧结过程中，通 过以中低温快速升温和高温慢速升温为主的多阶段加热工艺；加热工艺完 成后立即进行淬火处理，制备Ti合金烧结坯；随后，通过锻造和后序退火工艺制备最终高尔夫球杆头用钛合金材料。其中，Ti粉的粒度配比为粒度为-100目 +250目的钛粉占70wt% 90wt%，粒度为-250目 +400目的 钛粉占10wt% 30wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别为Al 元素占3 wt% 7wt%， V元素占2 wt% 5wt%， Fe元素占0 3wt。/。， Mo元素 占0 2wt%;采用压制压力在350MPa 800MPa范围内的模压方式进行粉末 成形；采用多阶段烧结工艺对粉末成形坯进行惰性气氛保护或真空无压烧 结，加热工艺完成后立即进行淬火处理；随后，将Ti合金烧结坯进行锻造 温度为900。C 110(TC，总变形量为40% 90%的锻造工艺，以及温度为700 °C 900°C，保温时间为1 4小时的退火工艺，最终得到高尔夫球杆头用 钛合金材料。多阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在8(TC 200。C的低温阶段保温 10分钟 2小时，随后以5 20°C/mim的升温速率加热至800。C 950。C， 再以1 5。C/mim的升温速率加热至1200°C 1350°C，并在最终温度保温 2 7小时，随后立即淬火，淬火介质采用水或油。烧结气氛采用惰性气氛 保护，或者真空，真空度为1Xl(T lXl(TPa.与现有技术相比，本发明具有以下优点1. 采用粉末冶金工艺制备高尔夫球杆头用钛合金材料，由于粉末冶金 工艺具有近净成型和成分易控等典型特点，容易实现合金化，同时对原材 料的利用率达到95%以上，节约了原料成本。2. 在粉末冶金工艺制备高尔夫球杆头用钛合金材料过程中，高尔夫球 杆头的基本形状在粉末成形阶段即可实现，避免了现有技术对难加工Ti合 金的机加工过程，縮短了工艺流程，并节约了材料的加工成本。3. 相比于现有技术，粉末冶金工艺避免了 Ti合金的铸造阶段，同时所制备材料的组织细小均匀，避免了现有技术对铸造Ti合金的开坯阶段，大 大降低了生产能耗。
具体实施例方式实施例1将一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 进行混合，其中，钛粉的粒度配比为-100目 +150目钛粉占85wt。/。， -325 目钛粉占15wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别为Al元素 占6wt。/()， V元素占4wt。/。， Fe元素占0wt。/0， Mo元素占Owt。/。。混合均匀后， 采用压制压力为500MPa的双向模压方式进行粉末成形。在随后的多阶段烧 结工艺中，首先将成形坯体在120。C的低温阶段保温30分钟，随后以1(TC /mim的升温速率加热至850°C，再以2°C/mim的升温速率加热至1260°C， 并保温5小时。烧结气氛为真空，真空度控制在1X10—2 1X10—3Pa。保温 结束后采用水淬方式立即淬火。随后，将Ti合金烧结坯进行锻造温度为950 °C，总变形量为70%的等温锻造，以及温度为80CTC，保温时间为2小时的 退火工艺，最终得到高尔夫球杆头用钛合金材料。实施例2将一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 进行混合，其中，钛粉的粒度配比为-150目 +250目钛粉占75wt。/。，-250 +400目钛粉占25wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别为Al 元素占4. 5wt%， V元素占3wt%， Fe元素占2wt%， Mo元素占lwt%。混合均 匀后，采用压制压力为700MPa的单向模压方式进行粉末成形。在随后的多 阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在10(TC的低温阶段保温1小时，随后以 15°C/mim的升温速率加热至900°C，再以4°C/mim的升温速率加热至1320°C，并保温4小时。烧结气氛为氩气保护。保温结束后采用油淬方式立即 淬火。随后，将Ti合金烧结坯进行锻造温度为IOO(TC，总变形量为60%的 普通模锻，以及温度为75(TC，保温时间为3小时的退火工艺，最终得到高 尔夫球杆头用钛合金材料。 实施例3将一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 进行混合，其中，钛粉的粒度配比为-100目 +200目钛粉占70wt%， -250目钛粉占30wtn/。；添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别为Al元素占3wt。/d， V元素占2wty。， Fe元素占O. 5wt%， Mo元素占O. 5wt%。混合均匀 后，采用压制压力为400MPa的浮动阴模双向模压方式进行粉末成形。在随 后的多阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在90。C的低温阶段保温2小时， 随后以20°C/mim的升温速率加热至800°C，再以3°C/mim的升温速率加热 至120(TC，并保温7小时。烧结气氛为真空，真空度控制在1X1(T 1X l(TPa.保温结束后采用水淬方式立即淬火。随后，将Ti合金烧结坯进行锻 造温度为90(TC，总变形量为90%的等温锻造，以及温度为82(TC，保温时 间为2小时的退火工艺，最终得到高尔夫球杆头用钛合金材料。 实施例4将一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 进行混合，其中，钛粉的粒度配比为:-150目 +200目钛粉占85wt%， -300 +400目钛粉占15wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别为Al 元素占7wt%， V元素占5wt%， Fe元素占3wt%， Mo元素占2wt%。混合均匀 后，采用压制压力为800MPa的浮动阴模单向模压方式进行粉末成形。在随 后的多阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在20(TC的低温阶段保温10分钟，随后以5°C/mim的升温速率加热至880°C，再以rC/mim的升温速率加热 至135(TC，并保温2小时。烧结气氛为氩气保护。保温结束后采用油淬方 式立即淬火，随后，将Ti合金烧结坯进行锻造温度为9S(TC，总变形量为 85%的普通模锻，以及温度为78(TC，保温时间为3小时的退火工艺，最终 得到高尔夫球杆头用钛合金材料。
权利要求
1.一种制备高尔夫球杆头用钛合金的粉末冶金方法，它是一种采用Ti粉，以及含有Al、V、Fe和Mo元素的添加粉末为原料，经过粉末冶金工艺制备高尔夫球杆头用钛合金材料的技术，其基本工艺路线为原料粉末粒度配比→原料粉末成份配比→混料→压制成形→烧结→烧结后淬火→锻造及热处理，其特征在于将一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、V、Fe和Mo元素的添加粉末进行混合，得到混合粉末；混料均匀后，采用模压成形方式，制成片状坯；在烧结过程中，通过以中低温快速升温和高温慢速升温为主的多阶段加热工艺，加热工艺完成后立即进行淬火处理，制备Ti合金烧结坯；随后，通过锻造和后序退火工艺制备最终高尔夫球杆头用钛合金材料。
2. 根据权利要求1所述的一种制备高尔夫球杆头用钛合金的粉末 冶金方法，其特征在于Ti粉的粒度配比为粒度为-100目 +250目 的钛粉占70wt。/。 90wt。/。，粒度为-250目 +400目的钛粉占10wt% 30wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别为Al元素占 3wt% 7wt%， V元素占2wt% 5wt%， Fe元素占0 3wt。/。， Mo元素 占0 2wt%。
3. 据据权利要求1所述的一种制备高尔夫球杆头用钛合金的粉末冶金方法，其特征在于采用单向模压、双向模压或浮动阴模压制方式进行粉末成形，其中压制压力控制在350MPa 800MPa范围内。
4. 据据权利要求1所述的一种制备高尔夫球杆头用钛合金的粉末冶金方法，其特征在于在多阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在80。C 20(TC的低温阶段保温10分钟 2小时，随后以5 20°C/min的升 温速率加热至800°C 950°C，再以1 5"C/mim升温速率加热至1200 °C 1350°C，并在最终温度保温2 7小时；烧结气氛采用惰性气氛保 护，或者真空，真空度控制在1X1(T 1X10—4Pa范围内；最终保温结 束后立即淬火，淬火介质采用水或油。
5.根据权利要求书1所述的一种制备高尔夫球杆头用钛合金的粉 末冶金方法，其特征在于:将Ti合金烧结坯进行锻造的温度控制在900 "C 110(TC范围内，总变形量控制在40% 90%范围内，锻造方式采用等温锻造或普通模锻，后序热处理工艺采用温度为7(xrc 9ocrc，保温时间为1 4小时的退火工艺。
全文摘要
一种制备高尔夫球杆头用钛合金粉末冶金方法，属于高尔夫球杆头用钛合金的制备方法，它是一种采用Ti粉，以及含有Al、V、Fe和Mo元素的添加粉末为原料，将具有一定粒度配比的Ti粉，以及一定成分范围的添加粉末混合均匀后，采用模压成形方式制备片状坯，在烧结过程中，采用以中低温快速升温和高温慢速升温为主的多阶段加热工艺，加热工艺完成后立即进行淬火处理，从而制备Ti合金烧结坯，通过锻造和后序退火工艺制备最终高尔夫球杆头用钛合金材料，由于粉末冶金工艺具有近净成型和成分易控等典型特点，容易实现合金化，同时对原材料的利用率高，节约了原料成本、加工成本，大大降低了生产能耗，适于高尔夫球杆头用钛合金材料的制备。
文档编号B22F1/00GK101239394SQ20081006865
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月12日 优先权日2008年3月12日
发明者王智勇 申请人:贵州钛易科技发展有限责任公司