CN102133641A - 一种Ti-6Al-4V合金的粉末冶金方法 - Google Patents

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Abstract

一种Ti-6Al-4V合金的粉末冶金方法，其特征是用润滑剂润滑模具内壁；用-100～-300目的Ti-6Al-4V粉末填充于模腔内，预压排气后，采用冲击能量与装粉量之比为304～1065J∶7.43～9.65g，压制生坯；将生坯以3～4℃/min的升温速率，在真空度为1×10-3～1×10-4Pa和1250～1300℃下烧结2～3h，冷却后得到Ti-6Al-4V合金。本发明工艺过程简单，能够近净成形、短流程、低成本地制备性能优良的粉末冶金钛合金，可适用于工业化生产。本发明所制备钛合金的致密度为95.1～97.8％，硬度HV为261～358，压缩强度为1600～2100MPa。

Description

一种Ti-6Al-4V合金的粉末冶金方法
技术领域
本发明涉及一种粉末冶金钛方法，特别涉及一种钛合金粉末冶金方法。
背景技术
钛及钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀能力强、高温性能优良等优点，在石化、航空航天、生物工程及汽车工业等领域有广阔的应用前景。但钛合金的高成本、难加工等问题一直制约了它的大规模使用。因此，寻求简便的制备工艺，降低制造成本，使其性价比为市场所接受一直是钛合金研究的热点之一。粉末冶金由于近净成形的特点，是低成本制造高性能钛合金的理想工艺。但钛合金加工硬化速率高的特性使其用传统的模压方法成形十分困难，需要进一步借助热压、热等静压或锻造等昂贵的方法提高致密度，导致制造成本急剧升高。
近十年发展起来的高速压制(HVC)技术是一种极具优势的粉末成形技术，兼具动态压制的高冲击能量和传统压制的高效平稳等共同特征，可实现冷态下(室温)粉末的高密度成形和连续化生产。目前HVC技术成形Fe粉、Cu粉等延性粉末取得了良好的效果，国外已实现产业化应用，该技术规模化生产的铁基齿轮件的密度可达7.7g/cm3，而采用传统的粉末冶金技术，即便如温压、复压复烧技术通常也只能得到7.3g/cm3左右的密度。HVC瞬间绝热冲击成形的特征使其有望成形具有高硬化速率和脆性粉末(如Ti、Mo和W粉)。但目前国际上尚没有利用高速压制技术成形钛合金粉末的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ti-6Al-4V合金的粉末冶金方法，能够近净成形、短流程、低成本地制备性能优良的粉末冶金钛合金。
本发明的Ti-6Al-4V合金的粉末冶金方法步骤如下：
1.用润滑剂润滑模具内壁；
2.采用冲击能量与装粉量之比为304～1065J∶7.43～9.65g，将-100～-300目的Ti-6Al-4V粉末填充于模腔内，预压排气后，压制生坯；
3.将生坯以3～4℃/min的升温速率，在真空度为1×10-3～1×10-4Pa和1250～1300℃下烧结2～3h，冷却后得到Ti-6Al-4V合金。
所述润滑剂为硬脂酸锌的乙醇溶液或MoS2。
与现有技术相比，本发明通过采用高速压制成形技术实现钛合金粉末的成形，制备高密度的生坯，经烧结后，得到成本低廉、性能优良的粉末冶金Ti-6Al-4V合金。烧结后的合金的致密度为95.1～97.8％，硬度HV为261～358，压缩强度为1600～2100MPa。
本方法的优点是：以Ti-6Al-4V合金粉末为原料，经一次高速成形并采用真空烧结工艺，即可获得高致密的烧结产品，而无需借助热等静压工艺进一步提高烧结产品的致密度。采用本工艺制备粉末冶金钛产品时，减少了生产环节，降低了生产成本，并能高效稳定地进行生产，可满足实际工业生产的需求。
附图说明
图1为实施例4的Ti-6Al-4V合金的金相照片。
具体实施方式
实施例1
用硬脂酸锌的乙醇溶液润滑模具内壁。以氢化脱氢法制备的-100目Ti-6Al-4V合金粉末为原料，采用冲击能量与装粉量之比为1065J∶9.65g，将粉末填充模腔内，经预压排气后，压制生坯。将生坯置于高真空烧结炉中，以3℃/min的升温速率，在1250℃进行烧结3h，真空度为1×10-3～1×10-4Pa。随炉冷却得到粉末冶金Ti-6Al-4V合金。排水法测其致密度为95.1％，硬度HV为261，压缩强度为1600MPa。
实施例2
用硬脂酸锌的乙醇溶液润滑模具内壁。以氢化脱氢法制备的-200目Ti-6Al-4V合金粉末为原料，采用冲击能量与装粉量之比为913J∶8.43g，将粉末填充模腔内，经预压排气后，压制生坯。将生坯置于高真空烧结炉中，以3℃/min的升温速率，在1250℃进行烧结3h，真空度为1×10-3～1×10-4Pa。随炉冷却后得到粉末冶金Ti-6Al-4V合金。排水法测其致密度为96.0％，硬度HV为302，压缩强度为1890MPa。
实施例3
用硬脂酸锌的乙醇溶液润滑模具内壁。以氢化脱氢法制备的-300目Ti-6Al-4V合金粉末为原料，采用冲击能量与装粉量之比为304J∶7.43g，将粉末填充模腔内，经预压排气后，压制生坯。将生坯置于高真空烧结炉中，以3℃/min的升温速率，在1250℃进行烧结3h，真空度为1×10-3～1×10-4Pa。随炉冷却后得到粉末冶金Ti-6Al-4V合金。排水法测其致密度为95.8％，硬度HV为291，压缩强度为1880MPa。
实施例4
用MoS2润滑模具内壁。以氢化脱氢法制备的-300目Ti-6Al-4V合金粉末为原料，将粉末填充模腔内，采用冲击能量与装粉量之比为913J∶7.43g，经预压排气后，压制生坯。将生坯置于高真空烧结炉中，以3℃/min的升温速率，在1250℃进行烧结3h，真空度为1×10-3～1×10-4Pa。随炉冷却后得到粉末冶金Ti-6Al-4V合金。排水法测其致密度为97.6％，硬度HV为358，压缩强度为2100MPa。
实施例5
用硬脂酸锌的乙醇溶液润滑模具内壁。以氢化脱氢法制备的-300目Ti-6Al-4V合金粉末为原料，采用冲击能量与装粉量之比为913J∶7.43g，将粉末填充模腔内，经预压排气后，压制生坯。将生坯置于高真空烧结炉中，以4℃/min的升温速率，在1300℃进行烧结3h，真空度为1×10-3～1×10-4Pa。随炉冷却后得到粉末冶金Ti-6Al-4V合金。其致密度为97.8％，硬度HV为350，压缩强度为2040MPa。

Claims (2)

1.一种Ti-6Al-4V合金的粉末冶金方法，其特征是由以下步骤组成：
1)用润滑剂润滑模具内壁；
2)采用冲击能量与装粉量之比为304～1065J∶7.43～9.65g，将-100～-300目的Ti-6Al-4V粉末填充于模腔内，预压排气后，压制生坯；
3)将生坯以3～4℃/min的升温速率，在真空度为1×10-3～1×10-4Pa和1250～1300℃下烧结2～3h，冷却后得到Ti-6Al-4V合金。
2.根据权利要求1所述的Ti-6Al-4V合金的粉末冶金方法，其特征是所述润滑剂是硬脂酸锌的乙醇溶液或MoS2。
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