CN101696474B - 一种含稀土氧化物强化相钛合金的粉末冶金制备方法 - Google Patents
一种含稀土氧化物强化相钛合金的粉末冶金制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种在钛合金中获取弥散分布的稀土氧化物强化相的粉末冶金方法。其以稀土氢化物粉末的形式添加稀土元素，将稀土氢化物粉末与氢化脱氢钛粉末以及其它必要的合金粉末或合金元素粉末充分混合，经过冷等静压成型或模压成型，然后将压制坯体在高温下真空烧结，最后将烧结后的钛合金进行高温变形，变形方式可以是锻造，轧制，挤压等。本发明方法生产工艺简化，能获得理想的稀土氧化物强化相，提高了钛合金的综合力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种在钛合金中添加稀土元素的方法，涉及一种含稀土元素钛合金的元素粉末冶金方法，特别是一种元素粉末冶金钛合金中氧化钇和氧化镧的形成控制工艺，属钛合金加工技术领域。
背景技术
钛合金具有比强度高、抗腐蚀能力强、高温性能优良等优点，是航空、航天、兵器以及汽车工业等领域应用的重要材料。提高钛合金的强度、抗蠕变性能、塑性和抗氧化性能等将有利于进一步扩大钛合金的应用领域。弥散分布于基体中的细小稀土氧化物颗粒能够有效提高钛合金上述性能。目前在钛合金获得细小弥散的稀土氧化物的主要方法是旋转电极法制粉+热等静压方法制备块体，但是生产工艺复杂，生产成本高。研究表明自耗电极熔炼法也能够在钛合金中获得细小弥散粉末的稀土氧化物，但是只能够生产规格非常小的钛合金锭。粉末冶金是一种具有成份调整灵活，生产周期短，生产成本低，产品形式多样化等特点的材料制备方法。氢化脱氢钛粉生产工艺日趋成熟，加工成本不断降低，特别是国内外正在加紧研究的TiCl还原，海绵钛与副产品的分离以及海绵钛的氢化同步进行来制备氢化脱氢钛粉工艺的不断完善，将使钛粉的价格发生革命性的变化。因此，采用粉末冶金方法，特别是元素粉末冶金方法将是一种低成本钛合金制备方法。稀土元素是一种非常活泼的元素，其粉末的制备，存储和运输非常困难，目前粉末冶金钛合金中尚无合适的稀土元素添加方式。同时也没有粉末冶金钛合金中控制稀土氧化物形成工艺的报道。
发明内容
本发明提出在钛合金中获取弥散分布的稀土氧化物强化相的粉末冶金方法，简化生产工艺，同时获得理想的稀土氧化物强化相。
本发明的基本思想是：以稀土氢化物粉末的形式添加稀土元素，将稀土氢化物粉末与氢化脱氢钛粉末以及其它必要的合金粉末或合金元素粉末充分混合，经过冷等静压成型或模压成型，然后将压制坯体在高温下真空烧结，最后将烧结后的钛合金进行高温变形，变形方式可以是锻造，轧制，挤压等，以获得稀土氧化物强化相，提高钛合金的综合力学性能。
本发明方法的具体步骤如下：
将LaH2、YH2或两者的混合物与氢化脱氢钛粉末，以及其它必要的合金元素粉末或合金粉末在混料机里充分混合，并压制成型，高温烧结，将烧结后的坯体在900-1200℃高温下变形，变形量控制在40％-90％。
所述的LaH2、YH2或两者的混合物的添加量为0.05-1.5wt％。
所述的高温烧结温度为1250-1400℃，烧结时间为1-3小时。
所述的变形方式为锻造，轧制或挤压等，锻造变形量为圆柱试样高度方向的压下量与原始高度的比值，轧制和挤压变形量为圆柱试样横截面积的变化量与原始横截面积的比值。
本发明的积极效果在于：由于YH2和LaH2粉末的制备工艺简单，室温稳定性较高，存储，运输安全方便。选用YH2和LaH2粉末作为稀土元素的添加方式制备含稀土钛合金，工艺简单，安全可靠，原料成本低。稀土氧化物的生成和钛合金基体的全致密化在变形过程中同步完成，即有利于稀土氧化物形态和分布的控制，也有利于降低变形设备吨位。为粉末冶金钛合金提供了一种合适的稀土元素添加方式，以及控制稀土氧化物的形成工艺。能获得理想的稀土氧化物强化相，提高了钛合金的综合力学性能。
附图说明
图1为实施例2的含Y钛合金热机处理后断口扫描电镜图；
图中白色颗粒为Y2O3粒子。
图2为实施例7的含La钛合金热机处理后的扫描电镜图；
图中白色颗粒为La2O3粒子。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明，而非限制本发明。
对比实施例
分别称取Fe：1.5％，Mo：2.25％，余量为氢化脱氢钛粉，将上述粉末充分混合并压制成型，然后将压制坯放入真空烧结炉中通过1300℃/1.5小时烧结制成钛合金烧结坯。再将烧结后的坯体经过1200℃/90％高温轧制变形，检测其力学性能。
实施例1
分别称取Fe：1.5％，Mo：2.25％，YH2粉末(100目)：0.1％，余量为氢化脱氢钛粉，将上述粉末充分混合并压制成型，然后将压制坯放入真空烧结炉中通过1300℃/1.5小时烧结制成钛合金烧结坯。再将烧结后的坯体经过1200℃/90％高温轧制变形，检测其力学性能。
实施例2
分别称取Fe：1.5％，Mo：2.25％，YH2(100目)：0.6％，余量为氢化脱氢钛粉，将上述粉末充分混合并压制成型，然后将压制坯放入真空烧结炉中通过1300℃/1.5小时烧结制成钛合金烧结坯。再将烧结后的坯体经过900℃/50％高温锻造变形，检测其力学性能。
实施例3
分别称取Fe：1.5％，Mo：2.25％，YH2(250目)：1.5％，余量为氢化脱氢钛粉，将上述粉末充分混合并压制成型，然后将压制坯放入真空烧结炉中通过1300℃/1.5小时烧结制成钛合金烧结坯。再将烧结后的坯体经过1000℃/50％高温锻造变形，检测其力学性能。
实施例4
分别称取Fe：1.5％，Mo：2.25％，LaH2(250目)：0.1％，余量为氢化脱氢钛粉，将上述粉末充分混合并压制成型，然后将压制坯放入真空烧结炉中通过1300℃/1.5小时烧结制成钛合金烧结坯。再将烧结后的坯体经过1200℃/90％高温轧制变形，检测其力学性能。
实施例5
分别称取Fe：1.5％，Mo：2.25％，LaH2(300目)：0.6％，余量为氢化脱氢钛粉，将上述粉末充分混合并压制成型，然后将压制坯放入真空烧结炉中通过1300℃/1.5小时烧结制成钛合金烧结坯。再将烧结后的坯体经过900℃/50％高温锻造变形，检测其力学性能。
实施例6
分别称取Fe：1.5％，Mo：2.25％，LaH2粉末(300目)：1.5％，余量为氢化脱氢钛粉，将上述粉末充分混合并压制成型，然后将压制坯放入真空烧结炉中通过1250℃/2小时烧结制成钛合金烧结坯。再将烧结后的坯体经过1000℃/50％高温锻造变形，经检测发现钛合金中弥散分布着纳米级的Y2O3颗粒。
实施例7
分别称取Fe：1.5％，Mo：2.25％，LaH2粉末(300目)：0.3％，YH2粉末：0.3％，余量为氢化脱氢钛粉，将上述粉末充分混合并压制成型，然后将压制坯放入真空烧结炉中通过1300℃/2小时烧结制成钛合金烧结坯。再将烧结后的坯体经过1100℃/60％高温挤压变形，检测其力学性能。
力学性能
| 合金 | 抗拉强度MPa | 屈服强度Mpa | 延伸率％ |
| 对比实施例 | 847 | 771 | 10 |
| 实施例1 | 900 | 825 | 18 |
| 实施例2 | 950 | 877 | 22 |
| 实施例3 | 976 | 909 | 20 |
| 实施例4 | 910 | 834 | 16 |
| 实施例5 | 960 | 870 | 21 |
| 实施例6 | 980 | 910 | 19 |
| 实施例7 | 955 | 880 | 20 |
Claims (2)
1.一种含稀土氧化物强化相钛合金的粉末冶金制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将100-500目的LaH2、YH2或两者的混合物与氢化脱氢钛粉末，以及其它必要的合金元素粉末或合金粉末在混料机里充分混合，并压制成型，高温烧结，将烧结后的坯体在900～1200℃高温下变形，变形量控制在40％～90％；所述的LaH2、YH2或两者的混合物的添加量为0.05～1.5wt％；所述的高温烧结温度为1250～1400℃，烧结时间为1～3小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的变形方式为锻造，轧制或挤压。
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