CN100594248C - 铸造钛合金的方法 - Google Patents

铸造钛合金的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100594248C
CN100594248C CN200680005976A CN200680005976A CN100594248C CN 100594248 C CN100594248 C CN 100594248C CN 200680005976 A CN200680005976 A CN 200680005976A CN 200680005976 A CN200680005976 A CN 200680005976A CN 100594248 C CN100594248 C CN 100594248C
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
alloy
titanium
titanium alloy
solution annealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200680005976A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101128609A (zh
Inventor
S·巴利克泰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Waldemar Link GmbH and Co KG
Original Assignee
Waldemar Link GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Waldemar Link GmbH and Co KG filed Critical Waldemar Link GmbH and Co KG
Publication of CN101128609A publication Critical patent/CN101128609A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100594248C publication Critical patent/CN100594248C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/005—Castings of light metals with high melting point, e.g. Be 1280 degrees C, Ti 1725 degrees C
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

本发明涉及由包含钛钼并且钼含量为7.5-25%的β-钛合金铸造对象的方法。本发明在高于1770℃的温度熔融合金，将熔融合金精密铸造到和待制造的对象相一致的铸造模具中，热等静压，固溶退火，随后进行淬火。根据本发明的方法提供了采用精密铸造方法由β-钛合金经济地制备对象的方法。本发明由此提供了将β-钛合金的有利性质，尤其是其优异的机械性质，和采用精密铸造方法制备对象的优点组合在一起的可能性。本发明使得甚至可以由β-钛合金制备出不可能或者不能经济地通过常规锻造方法制备的的形状复杂的对象。

Description

铸造钛合金的方法
本发明涉及用于由β-钛合金，更具体而言，钛-钼合金，铸造对象的方法。
钛合金由于具有为数众多的有利性质，被应用得越来越广泛。钛合金尤其由于具有良好的化学稳定性(甚至在高温时)、重量低以及优异的机械性质，而被用于对材料要求很高的所有领域中。考虑到具有优异的生物相容性，钛合金也优先用于医疗领域，尤其是用于植入体和假体。
已知有各种使钛合金成形的方法。除了切削加工之外，这些方法主要包括铸造和锻造方法。由于人们发现钛合金难以铸造，所以原则上钛合金是锻造合金，为此通常采用的是锻造方法。复杂形状通常采用所述铸造方法，但是造成了在选择合适合金方面的限制。尤其而言，已经发现当铸造β-钛合金时，只能获得让人不满意的结果(US-A2004/0136859)。
本发明基于为β-钛合金提供改进的铸造方法的目标，这样使得可以制备出具有良好材料性质的更复杂的形状。
根据本发明的解决方案在于具有主权利要求的特征的方法。有利的经一步限定构成了从属权利要求的主题。
根据本发明，在由含有钛钼并且钼含量为7.5-25％的β-钛合金铸造对象的方法中，合金在超过1770℃的温度熔融，熔融的合金被精密铸造到和待制备的对象相一致的铸造模具中，进行热等静压，固溶退火，然后淬火。
在本文中，对象应该理解为已经针对最终用途成形的制品。对象例如在航空业可以是用于喷气发动机、转子轴承、翼箱(Flügelkasten)或者其它支撑结构部件的部件，或者在医学领域中可以是内用假体，比如髋假体，或者植入体，比如板或者钉或者牙科植入体。在本申请的上下文中，术语对象不包括将要通过成形方法进一步加工的坯块，即，尤其不包括通过硬模铸造制备的、用于通过锻造进一步加工的锭。
根据本发明的方法采用精密铸造方法实现了由β-钛合金经济地制备对象。所以，本发明提供了将β-钛合金的有利性质，尤其是其优异的机械性质，和采用精密铸造方法制备对象的优点结合起来的可能性。本发明使得可以由β-钛合金制备出通过传统锻造方法不可能或者不能经济地制备的形状复杂的对象。所以，本发明也为β-钛合金打开了在复杂成形对象方面的应用领域，而该合金公知具有有利的机械性质和生物相容性。
合金中的钼或者钼等同物的含量为7.5-25％。这样的结果是，尤其对于钼含量为至少10％的情况而言，在低至室温范围时，β-相也充分稳定。优选所述含量为12-16％。这样使得可以通过在精密铸造后的快速冷却来获得亚稳β-相。通常无需加入另外的合金形成元素。尤其而言，无需加入钒或者铝。无需这些元素带来了上述优点，即源于这些合金形成元素的毒性可以被避免。这同样相应地适用于铋，铋也不具有和钛相同的生物相容性。
已经发现，本发明使得可以采用到目前为止几乎不可能用于精密铸造的β-钛合金，来制备出比到目前为止用于精密铸造的α/β钛合金，比如例如TiAl6V4，更复杂的形状。根据本发明的方法获得了改进的模具填充行为。这意味着由于本发明，可以在精密铸造过程中制备出具有更高质量的、尤其是尖锐的边。由于改进的模具填充行为，所以精密铸造中形成空隙的趋势也下降。
采用冷壁坩锅真空感应设备来熔融β-钛合金是适宜的。这种类型的设备可以达到可靠熔融钛钼合金以进行精密铸造所需的高温。例如，TiMo15的熔点是1770℃。为了实现可靠的精密铸造，应该再加上大约60℃。所以，总体而言，对于TiMo15而言必须达到1830℃。
对于热等静压而言，优选在最多等于钛钼合金的β-转变温度但最低比β-转变温度低100℃的温度进行。
热等静压通过溶解树枝状晶体之间的沉淀，抵消了如下不希望出现的效应：钼在树枝状晶体中富集，而在剩余熔体中贫乏化。低于β-转变温度，尤其是低至多100℃的温度，是有利的。已经证明，对于钼含量为15％的钛钼合金而言，在大约1100-1200巴的氩气压力下，710℃-760℃的温度，优选大约740℃，是合适的。
已经证明，对于固溶退火而言，至少700℃直至880℃，优选800℃-860℃的温度是合适的。为了达到保护气氛，优选使用氢气。这改善了合金的延展性。
在固溶退火后通过水使对象淬火是便利的。优选采用冷水。在本文中，术语“冷”应该理解为是指未加热的自来水的温度。已经发现，淬火对对象最终获得的机械性质具有显著影响。或者，淬火也可以在保护气体中进行，例如，通过氩气冷却。但是，获得的结果没有采用冷水获得的结果好。
对象最终还进行硬化可能是便利的。如果需要，这样可以使弹性模量稍微增加。为此，优选硬化在大约600℃-大约700℃的温度范围中进行。
下面参考附图更详细解释本发明，所述附图举例说明了有利的实施方案。在附图中：
图1的表列出了根据本发明的精密铸造钛合金的机械性质；
图2示出了在铸造之后即刻处于铸造状态的显微结构的图像；
图3示出了在热等静压后的显微结构图像；
图4示出了在固溶退火及随后的淬火之后的显微结构图像；和
图5示出了钛钼合金的液相线和固相线温度。
下述文本将描述实施本发明方法的方式。
原材料是钼含量为15％的β-钛合金(TiMo15)。该合金可以以小坯块(锭)的形式购得。
第一步骤精密铸造待铸造的对象。提供铸造设备用于熔融和铸造TiMo15。该设备优选是冷壁坩锅真空感应熔融和铸造设备。借助这种类型的设备可以达到可靠熔融TiMo15以进行精密铸造所需的高温。TiMo15的熔点是1770℃，为了可靠的精密铸造，要再加上大约60℃。所以，总体而言，必须达到1830℃。然后，通过公知的方法，例如采用蜡芯和陶瓷模具作为消耗性的模具(verloren Form)，实施熔体的精密铸造。这种类型的精密铸造技术已经用于精密铸造TiAl6V4。
从图2中的图像可以发现(1000倍放大)，形成了树枝状晶体，在树枝状晶体之间的区域出现了大量的沉淀。这是源于已知的钛钼合金的负偏析。这种效应基于钛钼合金的液相线和固相线温度的特定分布，如图5所示。基于所示液相(TL)和固相(TS)的熔融温度分布，首先是具有高钼含量的区域在熔体中固化，在该方法中形成在图中可以发现的树枝状晶体。这样使得熔体的其余部分变贫乏，即，钼含量下降。铸件结构中的树枝状晶体之间的区域的钼含量低于15％，甚至可以降到大约10％。由于钼贫乏化，所以树枝状晶体之间的区域缺乏足够量的β-稳定剂。结果是在局部使得α/β转变温度升高，导致出现在图2中可辨认出的沉淀物。
在铸造过程中可能会形成的、称作α相的、硬脆层形式的表面区域(Randzone)，很容易通过酸洗去除。该层的厚度通常为大约0.03mm。
为了抵消负偏析以及树枝状晶体之间的区域中出现的沉淀的不利影响，根据本发明，在精密铸造后去除了浇铸模具之后，将铸件进行热处理。这具体包括在刚好低于β-转变温度的温度进行的热等静压(HIP)。所述温度可以是710℃-760℃，优选大约740℃。这样使得在树枝状晶体之间的区域中不希望出现的沉淀物再次溶解。无需在热等静压之前或之后进行任何初步时效硬化(Vorauslagerung)。但是，在热等静压之后的冷却过程中，尤其优先在树枝状晶体之间再次沉淀出细的二次相(参见图3，1000×倍)。这样导致材料发生不希望地变脆。
对象在热等静压后仅仅具有低的延展性。
为了消除破坏性的沉淀，将铸件在保护气氛(例如，氩气)下在箱式炉中退火。为此，选择温度范围是大约700℃-860℃，持续数小时，一般是两小时。在本文中，在温度和持续时间之间存在着倒数关系；温度越高，更短的时间就足够，反之亦然。在固溶退火之后，将铸件用冷水淬火。图4(1000倍放大)示出了在固溶退火之后的结构。可以发现一次β-晶粒和在所述晶粒之内的极细的树枝状晶体之间的沉淀(参见图左上部的云雾状聚集体)。已经采用本发明方法进行精密铸造的对象在其晶体结构中具有平均尺寸大于0.3mm的β-晶粒。这种尺寸是根据本发明方法获得的晶体结构的典型尺寸。
在图1中的表中给出了在固溶退火之后获得的机械性质。
可以发现，弹性模量随着固溶退火期间温度的增加而下降，具体而言，低至60000N/mm2的水平。延展性随着强度和硬度的下降而增加。例如，在800℃固溶退火两小时之后，得到的弹性模量为60000N/mm2、断裂伸长量是大约40％，断裂强度Rm是大约730N/mm2。

Claims (7)

1.用于由包含钛钼并且钼含量为7.5-25％的β-钛合金铸造对象的方法，特征在于在高于1770℃的温度熔融合金，将熔融合金精密铸造到和待制造的对象相一致的铸造模具中，在最高等于钛钼合金的β-转变温度和最低比β-转变温度低100℃的温度进行热等静压，在700℃-900℃的温度进行固溶退火，和随后进行淬火。
2.权利要求1的方法，特征在于采用冷壁坩锅真空感应设备熔融所述β-钛合金。
3.权利要求1的方法，特征在于在800℃-860℃的温度进行固溶退火。
4.权利要求1或2的方法，特征在于在固溶退火之后用水淬火。
5.权利要求4的方法，其特征在于，在固溶退火之后用冷水淬火。
6.权利要求1或2的方法，特征在于对所述对象进行最终硬化。
7.权利要求6的方法，特征在于在600℃-700℃的温度进行所述硬化。
CN200680005976A 2005-02-25 2006-02-27 铸造钛合金的方法 Expired - Fee Related CN100594248C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP05004173A EP1696043A1 (de) 2005-02-25 2005-02-25 Verfahren zum Giessen einer Titanlegierung
EP05004173.0 2005-02-25
PCT/EP2006/001790 WO2006089790A1 (de) 2005-02-25 2006-02-27 Verfahren zum giessen einer titanlegierung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101128609A CN101128609A (zh) 2008-02-20
CN100594248C true CN100594248C (zh) 2010-03-17

Family

ID=34933944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200680005976A Expired - Fee Related CN100594248C (zh) 2005-02-25 2006-02-27 铸造钛合金的方法

Country Status (18)

Country Link
EP (2) EP1696043A1 (zh)
JP (1) JP5155668B2 (zh)
KR (1) KR101341298B1 (zh)
CN (1) CN100594248C (zh)
AR (1) AR052391A1 (zh)
AT (1) ATE438746T1 (zh)
AU (1) AU2006218029B2 (zh)
BR (1) BRPI0607832A2 (zh)
CA (1) CA2597248C (zh)
DE (1) DE502006004443D1 (zh)
DK (1) DK1851350T3 (zh)
ES (1) ES2328955T3 (zh)
MX (1) MX2007010366A (zh)
PL (1) PL1851350T3 (zh)
RU (1) RU2402626C2 (zh)
TW (1) TWI395821B (zh)
WO (1) WO2006089790A1 (zh)
ZA (1) ZA200707586B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102019401B (zh) * 2010-12-30 2012-05-23 哈尔滨工业大学 一种小型钛合金或钛铝合金复杂铸件的铸造成形方法
WO2012115187A1 (ja) * 2011-02-23 2012-08-30 独立行政法人物質・材料研究機構 Ｔｉ－Ｍｏ合金とその製造方法
CN102294436B (zh) * 2011-09-19 2013-01-02 哈尔滨实钛新材料科技发展有限公司 一种钛合金及钛铝合金的低成本精密铸造方法
RU2492275C1 (ru) * 2012-01-11 2013-09-10 Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Способ изготовления плит из двухфазных титановых сплавов
CN102978554A (zh) * 2012-11-13 2013-03-20 安徽春辉仪表线缆集团有限公司 一种旋塞阀的钛合金阀杆制备方法
CN104550949A (zh) * 2013-10-24 2015-04-29 中国科学院金属研究所 一种电子束快速成形Ti-6Al-4V三维金属零件的方法
CN105817608B (zh) * 2016-04-29 2019-01-18 南京宝泰特种材料股份有限公司 一种钛合金熔炼浇铸方法
CN111850346A (zh) * 2020-08-06 2020-10-30 西部金属材料股份有限公司 一种无需固溶时效处理的高强钛合金及其制备方法
KR20220122374A (ko) 2021-02-26 2022-09-02 창원대학교 산학협력단 티타늄 진공원심주조방법

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4852614A (zh) * 1971-11-04 1973-07-24
JPS5217307A (en) * 1975-07-31 1977-02-09 Kobe Steel Ltd Process for heat treatment of beta-type titanium alloy
JPH0686638B2 (ja) * 1985-06-27 1994-11-02 三菱マテリアル株式会社 加工性の優れた高強度Ｔｉ合金材及びその製造方法
US4612066A (en) * 1985-07-25 1986-09-16 Lev Levin Method for refining microstructures of titanium alloy castings
US4857269A (en) * 1988-09-09 1989-08-15 Pfizer Hospital Products Group Inc. High strength, low modulus, ductile, biopcompatible titanium alloy
JP2541341B2 (ja) * 1990-05-15 1996-10-09 大同特殊鋼株式会社 Ｔｉ，Ｔｉ合金の精密鋳造方法および精密鋳造装置
JP3041080B2 (ja) * 1991-04-19 2000-05-15 電気興業株式会社 精密鋳造装置
US5226982A (en) * 1992-05-15 1993-07-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method to produce hollow titanium alloy articles
US5947723A (en) * 1993-04-28 1999-09-07 Gac International, Inc. Titanium orthodontic appliances
JPH0841565A (ja) * 1994-07-29 1996-02-13 Mitsubishi Materials Corp 高強度高靭性を有するＴｉ合金鋳物
JPH10130757A (ja) * 1996-10-25 1998-05-19 Daido Steel Co Ltd Ｔｉ合金製インプラント材
US20040136859A1 (en) * 2000-04-12 2004-07-15 Cana Lab Corporation Titanium alloys having improved castability
EP1516070A4 (en) * 2002-06-27 2005-07-27 Memry Corp TITANIUM COMPOSITIONS AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
US20040168751A1 (en) * 2002-06-27 2004-09-02 Wu Ming H. Beta titanium compositions and methods of manufacture thereof
DE102004022458B4 (de) * 2004-04-29 2006-01-19 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Kaltumformbare Formkörper aus Titanbasislegierungen und Verfahren zu deren Herstellung
EP1695676A1 (de) * 2005-02-25 2006-08-30 WALDEMAR LINK GmbH & Co. KG Verfahren zum Herstellen eines medizinischen Implantats aus einer Beta-Titan-Molybdän-Legierung und entsprechendes Implantat

Also Published As

Publication number Publication date
EP1696043A1 (de) 2006-08-30
CA2597248C (en) 2016-04-19
WO2006089790A1 (de) 2006-08-31
TW200643182A (en) 2006-12-16
AU2006218029A1 (en) 2006-08-31
ES2328955T3 (es) 2009-11-19
KR20070105379A (ko) 2007-10-30
RU2402626C2 (ru) 2010-10-27
EP1851350A1 (de) 2007-11-07
JP5155668B2 (ja) 2013-03-06
PL1851350T3 (pl) 2010-01-29
AR052391A1 (es) 2007-03-14
EP1851350B1 (de) 2009-08-05
DK1851350T3 (da) 2009-10-19
ATE438746T1 (de) 2009-08-15
MX2007010366A (es) 2007-10-17
DE502006004443D1 (de) 2009-09-17
CN101128609A (zh) 2008-02-20
KR101341298B1 (ko) 2013-12-12
JP2008531288A (ja) 2008-08-14
BRPI0607832A2 (pt) 2009-06-13
AU2006218029B2 (en) 2011-07-21
CA2597248A1 (en) 2006-08-31
RU2007135062A (ru) 2009-03-27
ZA200707586B (en) 2008-10-29
TWI395821B (zh) 2013-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100594248C (zh) 铸造钛合金的方法
US9775647B2 (en) Magnesium alloy
US9074269B2 (en) Magnesium alloy
EP1390167B1 (en) Casting of alloys with isotropic graphite molds
KR20150130959A (ko) 니켈-티타늄 합금의 열-기계 가공
Mehrabi et al. Influence of chemical composition and manufacturing conditions on properties of NiTi shape memory alloys
CN110777311A (zh) 一种Ti2AlNb合金构件的去应力退火热处理工艺
WO2015142804A1 (en) High strength, homogeneous copper-nickel-tin alloy and production process
JP2001240949A (ja) 微細な結晶粒を有する高純度銅加工品素材の製造方法
CN107405681B (zh) 用于制造涡轮机部件、坯件以及最终部件的方法
JP2020531683A (ja) バルク金属ガラスの製造のための銅に基づく合金
CN111534721A (zh) Co-Cr-Mo-N合金及其制备方法
US20060225818A1 (en) Process for casting a beta-titanium alloy
KR100510012B1 (ko) 고강도 및 고열전도성 Cu계 합금 및 고강도 및 고열전도성 단조물의 제조방법
RU2593255C1 (ru) Способ получения литьевых изделий из сплава на основе никелида титана
US5015305A (en) High temperature hydrogenation of gamma titanium aluminide
CN107779790B (zh) 一种含锗无镍无磷大尺寸钯基非晶合金及其制备方法
Yamashita et al. In situ observation of nonmetallic inclusion formation in NiTi alloys
JP4164780B2 (ja) 超耐熱合金の消耗電極式再溶解法
KR910006016B1 (ko) 구리기초형상기억합금 및 그 제조방법
JPH0499140A (ja) プラスチック成形用金型材料
KR0119555B1 (ko) 가공성과 비강도가 우수한 극경량 마그네슘합금 및 그 제조방법
JP2002060887A (ja) 超清浄軸受鋼の製造方法
JP3802796B2 (ja) 輸送機器用アルミニウム合金の半溶融成型ビレットの製造方法
CZ2014929A3 (cs) Slitina na bázi titanu a způsob jejího tepelně-mechanického zpracování

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100317

Termination date: 20210227

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee