CN101239395A

CN101239395A - 制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法

Info

Publication number: CN101239395A
Application number: CNA2008100686576A
Authority: CN
Inventors: 王智勇
Original assignee: GUIZHOU TAIYI TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: GUIZHOU TAIYI TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2008-08-13

Abstract

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，制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法，它是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，采用冷压成形方式制备粉末生坯，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高密度复杂形状钛合金制品，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，适于制备高密度复杂形状钛合金制品。

Description

制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法

技术领域：

本发明涉及钛合金制品的制备方法，特别是一种制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法。

背景技术：

当前，高密度复杂形状的钛合金制品，如高尔夫球杆头、发动机涡轮叶片、口腔医用工具、眼镜架以及汽车雨刮器等，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，由此造成高密度复杂形状钛合金制品的高成本。采用粉末冶金方法制备高密度复杂形状钛合金制品，目前国内无相关公开报道。

发明内容：

本发明旨在向高密度复杂形状钛合金制品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密度复杂形状钛合金制品的一种方法，以降低当前钛合金制品的高成本。

本发明采用以下方案：

采用一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、V、Fe和Mo元素的添加粉末为原料，经粉末冶金工艺制备高密度复杂形状钛合金制品，其具体工艺路线为：原料粉末粒度配比及成份配比→混料→压制成形→烧结→烧结后淬火→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；采用冷压成形方式，将混合粉末制成粉末生坯；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，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密度复杂形状钛合金制品。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3wt％～7wt％，V元素占2wt％～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℃～1100℃，总变形量为40％～90％的等温锻造或普通模锻，以及温度为700℃～900℃，保温时间为1～4小时的退火工艺，最终得到高密度复杂形状钛合金制品。

多阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在80℃～200℃的低温阶段保温10分钟～2小时，随后以5～20℃/min的升温速率加热至800℃～950℃，再以1～5℃/min的升温速率加热至1200℃～1350℃，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1×10^-1～1×10^-4Pa。

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密度复杂形状钛合金制品，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密度复杂形状钛合金制品过程中，高密度复杂形状钛合金制品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，缩短了工艺流程，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。

具体实施方式：

实施例1

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～+150目钛粉占84wt％，-325目钛粉占16wt％；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％，Mo元素占0wt％。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℃的低温阶段保温30分钟，随后以10℃/min的升温速率加热至850℃，再以2℃/min的升温速率加热至1260℃，并保温5小时。烧结气氛为真空，真空度控制在1×10^-2～1×10^-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℃，总变形量为70％的等温锻造，以及温度为800℃，保温时间为2小时的退火工艺，最终得到高密度复杂形状钛合金制品。

实施例2

采用一定粒度分布的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73wt％，-250～+400目钛粉占27wt％；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1wt％。混合均匀后，采用压制压力为400MPa的冷等静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100℃的低温阶段保温1小时，随后以15℃/min的升温速率加热至900℃，再以4℃/min的升温速率加热至1320℃，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1000℃，总变形量为60％的普通模锻，以及温度为750℃，保温时间为3小时的退火工艺，最终得到高密度复杂形状钛合金制品。

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71wt％，-250目钛粉占29wt％；添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别为：Al元素占3wt％，V元素占2wt％，Fe元素占0.4wt％，Mo元素占0.3wt％。混合均匀后，采用压制压力为400MPa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90℃的低温阶段保温2小时，随后以20℃/min的升温速率加热至800℃，再以3℃/min的升温速率加热至1200℃，并保温7小时。烧结气氛为真空，真空度控制在1×10^-2～1×10^-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900℃，总变形量为90％的等温锻造，以及温度为820℃，保温时间为2小时的退火工艺，最终得到高密度复杂形状钛合金制品。

实施例4

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～+200目钛粉占82wt％，-300～+400目钛粉占18wt％；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2.8wt％，Mo元素占1.7wt％。混合均匀后，采用压制压力为800MPa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200℃的低温阶段保温10分钟，随后以5℃/min的升温速率加热至880℃，再以1℃/min的升温速率加热至1350℃，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980℃，总变形量为85％的普通模锻，以及温度为780℃，保温时间为3小时的退火工艺，最终得到高密度复杂形状钛合金制品。

Claims

1.一种制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法，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密度复杂形状钛合金制品的技术，其基本工艺路线为：原料粉末粒度配比及成份配比→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；采用冷压成形方式，将混合粉末制成粉末生坯；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，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密度复杂形状钛合金制品。

2.根据权利要求1所述的制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法，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所述的制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法，其特征在于：采用单向模压、双向模压、浮动阴模压制方式或者冷等静压等冷压成形方式进行粉末成形，其中压制压力控制在350MPa～800MPa范围内。

4.据据权利要求1所述的制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法，其特征在于：在多阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在80℃～200℃的低温阶段保温10分钟～2小时，随后以5～20℃/min的升温速率加热至800℃～950℃，再以1～5℃/mim升温速率加热至1200℃～1350℃，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1×10^-1～1×10^-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所述的制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法，其特征在于：将Ti合金烧结坯进行锻造的温度控制在900℃～1100℃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700℃～900℃，保温时间为1～4小时的退火工艺。