CN100567530C - 一种高性能粉末冶金Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法 - Google Patents
一种高性能粉末冶金Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种用粉末冶金制备高性能Mo-Ti-Zr(TZM)合金的方法，本发明将金属Mo粉与Ti(TiH2)及Zr(ZrH2)粉末及有机粘结剂在高能球磨机中进行机械球磨，制备出混合均匀的预合金粉末；混合粉末进行压制成型；将压坯在保护气氛中预烧结、脱氢及脱氧，在高温保护气氛中脱氧、控碳及高温烧结，最后将烧结坯进行烧结后序处理，所制备出的TZM钼合金力学性能较普通粉末冶金法制造的合金优异，拉伸强度最高能达570～600MPa，延伸率达19～25%。
Description
技术领域：
本发明涉及粉末冶金领域，特别是采用粉末冶金方法制备高性能TZM(Mo-Ti-Zr)钼合金的方法。
背景技术：
TZM合金是钼基合金中较为常用的一种，因其具有熔点高、强度大、导电导热性能好、抗蚀性能强及高温力学性能良好等优点，被大量用于加工高温结构材料，在航空、航天及原子核能工业等高温领域获得了十分广泛的应用。目前，合金元素Ti、Zr及C添加到Mo中制备TZM合金可采用电弧熔炼法及粉末冶金法，其中以电弧熔炼较为普遍。然而，这种方法工艺十分复杂，尤其是熔炼过程，由于各种元素熔点差异较大，合金中元素偏聚现象严重，最小化合金元素偏聚的方法是重复将合金铸块磨成粉多次重复熔炼，这样，便使得工序更为复杂化。同时，电弧熔炼方法所制合金的显微组织粗大，成品率较低，加工量大，导致其生产成本非常高。粉末冶金方法工序相对简单，可以节省真空电弧炉、大型挤压机和锻锤以及相应的高温加热炉等大型设备，使工序简化，生产周期缩短，消耗降低，生产能力及成品率得以提高，制备出的零部件形状复杂，成品接近最终形状，加工量少或无加工、材料利用率高，同时所得合金显微组织均匀，晶粒较细小，产品质量较高，具有较低的经济成本和非常大的技术优势。目前，国内外已有一些研究学者研究了TZM合金的粉末冶金制备技术，所制备的TZM合金强度范围在490～540MPa之间，其强度尚有待提高，同时普通粉末冶金方法制备的TZM合金存在的韧性较低的缺陷仍是制约此种合金在应用上的瓶颈。
发明内容：
本发明克服了电弧熔炼及普通粉末冶金工艺的不足，采用高能球磨+模压成型+预烧结+高温烧结+烧结后序处理技术制备高性能TZM钼合金。将金属Mo粉，与Ti或TiH2和Zr或ZrH2粉末及有机粘结剂在高能球磨机中进行机械球磨，制备出混合均匀的合金粉末；采用压制成型制备合金压坯，压坯在分别在保护气氛下进行低温预烧和高温烧结，最后烧结坯在保护气氛下进行烧结后序处理，所制备出的TZM钼合金力学性能较电弧熔炼法和普通粉末冶金法制造的合金优异，拉伸强度最高能达570～600Mpa，延伸率达19～25％。
为达到上述目的，本发明所采用的方案是：
一种粉末冶金高性能Mo-Ti-Zr(TZM)钼合金的制备方法，其特征在于：
(1)合金元素及其成分为Ti(0.4～1.0wt％)、Zr(0.06～0.12wt％)及C(0.01～0.04wt％)，余量为Mo；
(2)合金粉末加入0.5～1.5wt％有机粘结剂，采用高能球磨制备预合金粉末，有机粘结剂为石蜡、聚乙二醇、硬脂酸或PVB中的一种或多种有机粘结剂；
(3)将所制备预合金粉末在压机上压制成型；
(4)将所制备的压坯在保护气氛下进行预烧结、脱氢和脱氧，其工艺为：从室温升到250～600℃保温30～150min，再升到700～1200℃保温30～180min。采用的保护气氛可为真空，N2，Ar，H2中的一种或两种；
(5)将预烧坯在保护气氛下进行高温烧结，脱氧及控碳，其工艺为：从室温升到1200～1700℃保温30～150min，最后升到1800～2050℃保温60～210min。采用的保护气氛可为真空，N2，Ar，H2中的一种或两种；
(6)将制备的烧结坯在保护气氛下进行进一步处理，在1100～1500℃保温30～180min，保护气氛为真空，N2，Ar，H2中的一种或两种；
(7)将热处理后的合金样品进行性能检测，其拉伸强度最高能达580～600Mpa，延伸率达19～25％，合金力学性能较普通粉末冶金法制造的合金优异。
本发明的优点和积极效果，体现在：
1.采用粉末冶金方法，相对于电弧熔炼方法，其工序简单，同时所得合金性能较高。
2.采用混合粉末高能球磨制备预合金粉末，预合金粉末经成型后采用预烧结、脱氢脱氧+高温烧结、高温脱氧控碳+烧结后序处理技术制备TZM合金，相对于普通粉末冶金工艺所制合金，其抗拉强度大大提高，同时克服了粉末冶金TZM合金延伸率普遍低下的问题，延伸率达19～25％。
3.采用高能球磨制备合金粉末，混合粉末发生机械预合金化，提高了合金元素在Mo中的固溶量。
具体实施方式：
实例1：
(1)以制备300g合金粉末为例，按质量百分比，称取合金粉末各组分的质量：
硬脂酸在酒精中加热溶解与粉末一起放入球磨筒，往球磨筒内充入N2气，设定球磨时间为5h，制备预合金粉末。取出粉末，干燥，然后用袋封装备用。
(2)将所制预合金粉末压制成型。
(3)将制备的压坯在真空气氛下预烧结，其工艺为：从室温升到380℃保温45min，再升到1100℃保温150min；
(4)将得到的预烧坯进行通氢高温烧结，其工艺为：从室温升到1450℃保温100min，最后升到1950℃保温200min；
(5)将得到的烧结坯在1200℃Ar气气氛下保温30min，然后随炉冷却；
(6)将处理后的合金样品进行性能检测，其拉伸强度能达575Mpa以上，延伸率达20％以上。
实例2：
(1)以制备300g合金粉末为例，按质量百分比，称取合金粉末各组分的质量：
硬脂酸在酒精中加热溶解与粉末一起放入球磨筒，往球磨筒内充入N2气，设定球磨时间为15h，制备预合金粉末。取出粉末，干燥，然后用袋封装备用。
(2)将制备的预合金粉末压制成型。
(3)将成形的压坯进行氢气预烧结，其工艺为：从室温升到450℃保温30min，再升到1050℃保温120min
(4)将预烧坯在分解氨气氛中高温烧结，其工艺为：从室温升到1400℃保温100min，最后升到1920℃保温200min。
(5)将烧结坯在1350℃真空气氛下保温60min。
(6)将(5)中处理后的合金样品性能检测，其拉伸强度能达590Mpa以上，延伸率达23％以上。
Claims (4)
1.一种粉末冶金高性能Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法，其特征在于：
(1)将成分为0.4～1.0wt％的Ti、0.06～0.12wt％的Zr及0.01～0.04wt％的C，余量为Mo的合金粉末，和0.5～1.5wt％的石蜡、聚乙二醇、硬脂酸或PVB中的一种或多种有机粘结剂，采用机械球磨制备预合金粉末，球磨过程中的保护气氛是真空、Ar气或N2气；
(2)将所制备预合金粉末压制成型；
(3)将所制备的压坯在保护气氛下进行预烧结、脱氢和脱氧，其工艺为：从室温升到250～600℃保温30～150min，再升到700～1200℃保温30～180min，采用的保护气氛为真空，N2，Ar或H2中的一种或两种；
(4)将制备的预烧坯在保护气氛下进行高温烧结，脱氧及控碳，其工艺为：从室温升到1200～1700℃保温30～150min，最后升到1800～2050℃保温60～210min，采用的保护气氛为真空，N2，Ar或H2中的一种或两种；
(5)将制备的烧结坯在保护气氛下进行进一步处理，在1100～1500℃保温30～180min，得到拉伸强度最高达600Mpa，延伸率达19～25％的钼合金。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金高性能Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法，其特征在于：合金元素Ti以Ti粉或TiH2粉的形式加入，合金元素Zr以Zr粉或ZrH2粉的形式加入。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金高性能Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述机械球磨采用干磨或添加球磨介质的湿磨，湿磨法所采用的球磨介质是无水乙醇、溶剂汽油及丙酮液体，保护气氛是真空、Ar气或N2气，球磨时间为3h～20h。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金高性能Mo-Ti-Zr钼合金的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述的保护气氛为真空，N2，Ar，H2中的一种或两种。
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