专利名称：一种低成本钛合金的制备方法
技术领域：
本发明属于钛合金制备技术领域，具体涉及一种低成本钛合金的制备方法。
背景技术：
钛具有比重轻，耐腐蚀，比强度高等一系列优点，广泛应用于航空航天、船舶、生物医学、民用汽车等领域。但钛在提炼和加工过程中容易与0、N、H等元素发生反应，因此加工成本较高，限制了其在民用领域的广泛应用。Ti-1. 5Fe-2. 5Mo (wt%)是一种在汽车上有应用前景的钛合金，可以用来制造排气阀门等组件。但和钢铁相比，其成本仍然较高。通过元素混合、压制、致密化烧结的粉末冶金工艺先制备出致密的预制件，再通过锻造加工工序，是制造低成本钛合金汽车零件的一个途径。但粉末冶金工艺选用的成本较低、粒度较细(利于致密化烧结)的氢化脱氢(HDH) 钛粉末或氢化钛粉末(D5tl=IO 20 iim)，其氧含量较高(4000 6000ppm)或者烧结过程中由于氢的脱除容易产生裂纹，从而降低了零件的塑性和疲劳等性能。为了改善塑性和疲劳等性能，有一种途径是添加稀土 Y等元素，并相应微调其它成分，通过稀土元素对合金中氧的“净化”作用，来提高合金塑性和疲劳等性能。但随着稀土价格的提升，通过添加稀土元素的途径不能有效降低零件成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低成本钛合金的制备方法。该方法采用粒度较粗的纯钛粉为原料，由于钛粉比表面积的减小，大大降低了钛粉氧含量，从而控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，进一步提高了Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金零件的塑性和疲劳性能；制备过程中不需要额外添加稀土元素Y和调整其它元素成分，即可获得塑性和疲劳性能均较好的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金，同时不需要使用氢化钛粉末，降低了合金生产成本，简化了生产工艺，增加了合金零件性能的稳定性；另外，通过调整优化致密化烧结温度和保温时间，使粉末烧结颈得到良好发育，从而提高了Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的致密度，制备的Ti_l. 5Fe_2. 5Mo合金的相对密度达到97%以上，抗拉强度达到850MPa以上，延伸率不小于15%，断面收缩率不小于20%。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种低成本钛合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、根据Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名义成分将钛粉和MoFe中间合金粉末按配比混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中Fe的质量百分含量为I. 5%,Mo的质量百分含量为2. 5%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉的平均粒度为45 ii m 80 iim，钛粉的氧质量含量为1700ppm 2800ppm;所述MoFe中间合金粉末的平均粒度为30 ii m 74 ii m, MoFe中间合金粉末的氧质量含量< 3000ppm ；步骤二、将步骤一中所述混合粉末经冷等静压方式压制成型，得到粉末压坯；步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1250°C 1350°C的真空条件下烧结3h 4h，得到相对密度为97%以上的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金。上述的一种低成本钛合金的制备方法，步骤一中所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于0.001%的纯钛粉。上述的一种低成本钛合金的制备方法，通过调整钛粉的粒度来控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本。本发明与现有技术相比具有以下优点I、本发明采用粒度较粗，即平均粒度(D5tl)为45iim 80iim的纯钛粉为原料，由于钛粉比表面积的减小，大大降低了钛粉氧含量(1700ppm 2800ppm),从而控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，进一步提高了 Ti_l. 5Fe_2. 5Mo合金零件的塑性和疲劳性能。2、本发明采用平均粒度(D5tl)为45iim 80iim的纯钛粉，以及平均粒度为 30 ii m 74 ii m的MoFe中间合金粉末为原料，通过调整优化致密化烧结温度和保温时间，使粉末烧结颈得到良好发育，从而提高了 Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的致密度。3、本发明不需要额外添加稀土元素Y和调整其它元素成分，即可获得塑性和疲劳性能均较好的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金；同时不需要使用氢化钛粉末，降低了合金生产成本，简化了生产工艺，增加了合金零件性能的稳定性。4、采用本发明的方法制备的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的相对密度达到97%以上，抗拉强度达到850MPa以上，延伸率不小于15%，断面收缩率不小于20%。下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
图I为本发明实施例I制备的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微观组织图。图2为本发明实施例2制备的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微观组织图。图3为本发明实施例3制备的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微观组织图。
具体实施例方式实施例I步骤一、根据Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名义成分将钛粉和MoFe中间合金粉末按配比置于混料机中混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中Fe的质量百分含量为I. 5%,Mo的质量百分含量为2. 5%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于0. 001%的纯钛粉,其平均粒度为45 Ii m,氧质量含量为2800ppm ;所述MoFe中间合金粉末的平均粒度为30 u m，MoFe中间合金粉末的氧质量含量为3000ppm ；步骤二、将步骤一中所述混合粉末装入050mmX200mm的冷等静压橡胶套中，经冷等静压方式在压制压力不小于200MPa条件下压制成型，得到粉末压坯；步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1350°C的真空条件下(真空度彡IX I(T2Pa)烧结3h，得到相对密度为99%以上的Ti_l. 5Fe_2. 5Mo合金。图I为本实施例制备的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微观组织图，从图中可以看出，合金已经基本致密化，缺陷少，达到可锻水平。
本实施例通过调整纯钛粉的粒度来控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本，制备的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的抗拉强度彡860MPa，延伸率彡15%，断面收缩率彡20%。实施例2步骤一、根据Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名义成分将钛粉和MoFe中间合金粉末按配比置于混料机中混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中Fe的质量百分含量为I. 5%,Mo的质量百分含量为2. 5%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于0. 001%的纯钛粉,其平均粒度为53 Ii m,氧质量含量为2400ppm ;所述MoFe中间合金粉末的平均粒度为60 u m，MoFe中间合金粉末的氧质量含量为2500ppm ；步骤二、将步骤一中所述混合粉末装入050mmX200mm的冷等静压橡胶套中，经 冷等静压方式在压制压力不小于200MPa条件下压制成型，得到粉末压坯；步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1300°C的真空条件下(真空度彡I X I(T2Pa)烧结3. 5h，得到相对密度为98. 8%以上的Ti_l. 5Fe_2. 5Mo合金。图2为本实施例制备的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微观组织图，从图中可以看出，合金已经基本致密化，缺陷少，达到可锻水平。本实施例通过调整纯钛粉的粒度来控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本，制备的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的抗拉强度彡860MPa，延伸率彡16%，断面收缩率彡23%。实施例3步骤一、根据Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名义成分将钛粉和MoFe中间合金粉末按配比置于混料机中混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中Fe的质量百分含量为I. 5%,Mo的质量百分含量为2. 5%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于0. 001%的纯钛粉，其平均粒度为80iim，氧质量含量为1700ppm ;所述MoFe中间合金粉末的平均粒度为74 u m，MoFe中间合金粉末的氧质量含量为IOOOppm ；步骤二、将步骤一中所述混合粉末装入050mmX200mm的冷等静压橡胶套中，经冷等静压方式在压制压力不小于200MPa条件下压制成型，得到粉末压坯；步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1250°C的真空条件下(真空度彡IX I(T2Pa)烧结4h，得到相对密度为97%以上的Ti_l. 5Fe_2. 5Mo合金。图3为本实施例制备的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微观组织图，从图中可以看出，合金已经基本致密化，缺陷较少，达到可锻水平。实施例通过调整纯钛粉的粒度来控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本，制备的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的抗拉强度彡850MPa，延伸率彡18%，断面收缩率彡25%。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种低成本钛合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤一、根据Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名义成分将钛粉和MoFe中间合金粉末按配比混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中Fe的质量百分含量为I. 5%，Mo的质量百分含量为2. 5%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉的平均粒度为45μπι 80 μ m，钛粉的氧质量含量为1700ppm 2800ppm ;所述MoFe中间合金粉末的平均粒度为30 μ m 74 μ m, MoFe中间合金粉末的氧质量含量< 3000ppm ； 步骤二、将步骤一中所述混合粉末经冷等静压方式压制成型，得到粉末压坯； 步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1250°C 1350°C的真空条件下烧结3h 4h，得到相对密度为97%以上的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金。
2.根据权利要求I所述的一种低成本钛合金的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于O. 001%的纯钛粉。
3.根据权利要求I所述的一种低成本钛合金的制备方法，其特征在于，通过调整钛粉的粒度来控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本。
全文摘要
本发明公开了一种低成本钛合金的制备方法，该方法为一、根据Ti-1.5Fe-2.5Mo合金的名义成分将钛粉和MoFe中间合金粉末按配比混合均匀，得到混合粉末；二、将混合粉末经冷等静压方式压制成型，得到粉末压坯；三、将粉末压坯在温度为1250℃～1350℃的真空条件下烧结，得到Ti-1.5Fe-2.5Mo合金。本发明采用粒度较粗的纯钛粉为原料，大大降低了钛粉氧含量，从而控制合金中的氧含量，进一步提高了Ti-1.5Fe-2.5Mo合金零件的塑性和疲劳性能，制备的合金的相对密度达到97%以上，抗拉强度达到850MPa以上，延伸率不小于15%，断面收缩率不小于20%。
文档编号C22C14/00GK102828058SQ20121035880
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者黄瑜, 贾文鹏, 刘海彦, 杨广宇, 贺卫卫, 赵培, 贾亮 申请人:西北有色金属研究院