一种钛合金制品的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种钛合金制品的制备方法，步骤如下：首先设计并制造模具，然后将钛合金粉末和有机粘结剂混合放入模具中，以196Mpa的压力注射成形即冷压成形制备成生坯,在550℃脱脂后,采用中低温快速升温法和高温慢速升温法进行阶段加热烧结,然后进行淬火处理，得到钛合金制品。应用本发明的方法能够制备性能优良且形状复杂的钛合金制品。
【专利说明】一种钛合金制品的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种钛合金制品的制备方法。
【背景技术】
[0002]中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。
[0003]钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。钛合金在军用飞机中的用量迅速增加，达到飞机结构重量的20%?25%。70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上。马赫数小于
2.5的飞机用钛主要是为了代替钢，以减轻结构重量。
[0004]钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
[0005]第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的T1-6A1_4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好,而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%?85%。其他许多钛合金都可以看做是T1-6A1-4V合金的改型。
[0006]20世纪50?60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400°C提高到90年代的600?650°C。A2 (Τ?3Α1)和r (TiAl)基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端(风扇和压气机)向发动机的热端(涡轮)方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
[0007]另外，20世纪70年代以来，还出现了 T1-N1、T1-N1-Fe、T1-Ni_Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。
[0008]目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20?30种，如T1-6A1-4V、Τ?-5Α1-2.5Sn、Ti_2Al_2.5Zr、Ti_32Mo、T1-Mo-Ni, T1-Pd、SP-700、T1-6242、T1-1023、T1-10-5-3、T1-1023、BT9、BT20、IMI829,頂1834 等。
[0009]钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛招金属间化合物(TixAl,此处χ=1)四类。
[0010]近年来，各国正在开发低成本和高性能的新型钛合金，努力使钛合金进入具有巨大市场潜力的民用工业领域。国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以下几方面。
[0011](I)高温钛合金。
[0012](2)钛铝化合物为基础的钛合金。
[0013](3)高强高韧β型钛合金。
[0014](4)阻燃钛合金。
[0015](5)医用钛合金，钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植物人人体的植人物等。
[0016]应用传统工艺制备得到的钛合金硬度大切削加工特别困难，因此容易出现粘刀现象，另外钛合金的导热系数很小，切削与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，切削温度很高，容易造成崩刀。使得应用传统工艺难以得到形状复杂的钛合金零件。
【发明内容】
[0017]为了得到性能优良且形状复杂的钛合金零件，本发明提供了一种钛铁合金的制备方法，采用金属粉末注射成形的方法来得到性能优良且形状复杂的钛合金零件。
[0018]钛合金因具有比强度、耐蚀性好、耐热性高，易焊接等特点而被广泛用于各个领域，近几年国外采用快速凝固技术作为高温钛合金的发展方向，使钛合金的使用温度可提高到650°C以上。而采用粉末冶金注射成形技术可以成功地制造出一种高纯度，高致密性钛合金制品，在760°C下其强度相当于目前室温下使用的钛合金强度。另外传统的锻压工艺对钛合金参数非常敏感，锻造温度、变成量、变成及冷却速度的改变都会引起钛合金组织性能的变化，因此采用中低温快速升温法和高温慢速升温法对改变其性能有非常好的作用。从结构变化看如表I所示，不同的脱脂和烧结条件都会对钛合金致密化的影响。
[0019]表I不同的脱脂和烧结条件对钛合金致密化的影响
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本 申请人:经试验后，发现采用以下制备方法和工艺条件能得到性能优良的形状复杂的钦合金制品。
[0020]所述制备方法为:首先设计并制造模具，然后将钛合金粉末和有机粘结剂混合放入模具中，以196Mpa的压力注射成形即冷压成形制备成生坯，在550°C脱脂后，采用中低温快速升温法和高温慢速升温法进行阶段加热烧结，然后进行淬火处理，得到钛合金制品O
[0021]优选地，所述中低温快速升温法和高温慢速升温法进行阶段加热烧结的具体方法为:以每分钟4°C的速率匀速升温至850°C，用时75分钟；以每分钟2°C的速率匀速升温至950°C，用时50分钟；保温25分钟；以每分钟2°C的速率匀速升温至1050°C，用时50分钟；以每分钟1.25°C的速率匀速升温至1200°C，用时120分钟；保温30分钟；以每分钟1°C的速率匀速升温至1230°C，用时30分钟；保温120分钟；在压强为1.33X 1pa的条件下进行真空烧结。
[0022]优选地，所述淬火处理的方法为:以每分钟3°C的速率匀速降温至1050°C，用时60分钟；保温40分钟；以每分钟5°C的速率匀速降温至950°C，用时20分钟；保温55分钟；以每分钟3.2°C的速率匀速降温至550°C，用时125分钟。
[0023]应用本发明的方法得到的钛合金制品符合以下条件:
1.强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686-1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。
[0024]2.硬度较高。钛合金的硬度HRC为32-38。
3.弹性模量低。钛合金的弹性模量为1.078X10- 1.176X 1MPa0
4.高暖和低温性能优良。在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550— 600°C;在低温下，钛合金的强度反而比在常温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在一 253°C时还能保持良好的韧性。
5.钛的抗腐蚀性强。钛在550°C以下的空气中，表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中，其耐蚀性优于大多数不锈钢。
【具体实施方式】
[0025]以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0026]本发明的技术方案如下:
首先设计并制造模具，然后将钛合金粉末(如Ti_5wt%Fe)和有机粘结剂(如二醋酸锆)混合放入模具中，以196Mpa的压力注射成形即冷压成形制备成生坯，在550°C脱脂后，采用中低温快速升温法和高温慢速升温法进行阶段加热烧结，然后进行淬火处理，得到钛合金制品。应用本发明的金属粉末注射成形方法可得到形状复杂的钛合金制品。
[0027]本发明的中低温快速升温法和高温慢速升温法的烧结方法中温度与时间变化如下:
以每分钟4°C的速率匀速升温至850°C，用时75分钟；以每分钟2°C的速率匀速升温至9500C，用时50分钟；保温25分钟；以每分钟2 V的速率匀速升温至1050°C，用时50分钟；以每分钟1.25°C的速率匀速升温至1200°C，用时120分钟；保温30分钟；以每分钟1°C的速率匀速升温至1230°C，用时30分钟；保温120分钟；在压强为1.33X 1pa的条件下进行真空烧结。
[0028]本发明的淬火处理方法为:以每分钟:TC的速率匀速降温至1050°C，用时60分钟；保温40分钟；以每分钟5°C的速率匀速降温至950°C，用时20分钟；保温55分钟；以每分钟3.2°C的速率匀速降温至550°C，用时125分钟。
[0029]应用本发明的方法可以制造形状复杂的钛合金制品，如斜齿轮、汽车传动杆、刀具等，重量减轻，大幅降低加工费用。汽车传动杆和刀具的标准件已通过试用，代表性试用单位有兰州吉利汽车有限公司，试用时间2009年六月；甘肃洮河拖拉机制造有限公司，试用时间2009年元月；甘肃天水风动工具制造有限公司，试用时间2009年十月。
[0030]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种钛合金制品的制备方法，其特征在于:所述制备方法为:首先设计并制造模具，然后将钛合金粉末和有机粘结剂混合放入模具中，以196Mpa的压力注射成形即冷压成形制备成生坯，在550°C脱脂后，采用中低温快速升温法和高温慢速升温法进行阶段加热烧结，然后进行淬火处理，得到钛合金制品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述中低温快速升温法和高温慢速升温法进行阶段加热烧结的具体方法为:以每分钟4°C的速率匀速升温至850°C，用时75分钟；以每分钟2V的速率匀速升温至950°C，用时50分钟；保温25分钟；以每分钟2°C的速率匀速升温至1050°C，用时50分钟；以每分钟1.25°C的速率匀速升温至1200°C，用时120分钟；保温30分钟；以每分钟1°C的速率匀速升温至1230°C，用时30分钟；保温120分钟；在压强为1.33X 1pa的条件下进行真空烧结。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述淬火处理的方法为:以每分钟30C的速率匀速降温至1050°C，用时60分钟；保温40分钟；以每分钟5°C的速率匀速降温至950°C，用时20分钟；保温55分钟；以每分钟3.2°C的速率匀速降温至550°C，用时125分钟。
【文档编号】C22F1/18GK104148644SQ201410395531
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】付占忠 申请人:兰州金浩机械制造有限公司