CN102864320A - 一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法，该方法为：一、根据Ti-3Al-2V合金的名义成分将钛粉和AlV中间合金粉末按配比混合均匀，得到混合粉末；二、将混合粉末经冷等静压方式压制成型，得到粉末压坯；三、将粉末压坯在温度为1350℃～1450℃的真空条件下烧结3h～4h，得到Ti-3Al-2V合金。本发明采用粒度较粗的纯钛粉为原料，大大降低了钛粉氧含量，从而控制Ti-3Al-2V合金中的氧含量，进一步提高了Ti-3Al-2V合金零件的塑性和疲劳性能，制备的合金的相对密度达到97%以上，抗拉强度达到750MPa以上，延伸率不小于13%，断面收缩率不小于22%。

Description

一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法
技术领域
本发明属于钛合金制备技术领域，具体涉及一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法。
背景技术
钛具有比重轻，耐腐蚀，比强度高等一系列优点，广泛应用于航空航天、船舶、生物医学、民用汽车等领域。但钛在提炼和加工过程中容易与O、N、H等元素发生反应，因此加工成本较高，限制了其在民用领域的广泛应用。
Ti-3Al-2V（at%）是一种在汽车上有应用前景的钛合金，可以用来制造汽车连杆等组件。但和钢铁相比，其成本仍然较高。通过元素混合、压制、致密化烧结的粉末冶金工艺先制备出致密的预制件，再通过锻造加工工序，是制造低成本钛合金汽车零件的一个途径。但粉末冶金工艺选用的成本较低、粒度较细（利于致密化烧结）的氢化脱氢（HDH）钛粉末或氢化钛粉末（D50=10～20μm），其氧含量较高（4000～6000ppm）或者烧结过程中由于氢的脱除容易产生裂纹，从而降低了零件的塑性和疲劳等性能。
为了改善塑性和疲劳等性能，有一种途径是添加稀土Y等元素，并相应微调其它成分，通过稀土元素对合金中氧的“净化”作用，来提高合金塑性和疲劳等性能。但随着稀土价格的提升，通过添加稀土元素的途径不能有效降低零件成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法。该方法采用粒度较粗的纯钛粉为原料，由于钛粉比表面积的减小，大大降低了钛粉氧含量，从而控制Ti-3Al-2V合金中的氧含量，进一步提高了Ti-3Al-2V合金零件的塑性和疲劳性能；制备过程中不需要额外添加稀土元素Y和调整其它元素成分，即可获得塑性和疲劳性能均较好的Ti-3Al-2V合金，同时不需要使用氢化钛粉末，降低了合金生产成本，简化了生产工艺，增加了合金零件性能的稳定性；另外，通过调整优化致密化烧结温度和保温时间，使粉末烧结颈得到良好发育，从而提高了Ti-3Al-2V合金的致密度，制备的Ti-3Al-2V合金的相对密度达到97%以上，抗拉强度达到750MPa以上，延伸率不小于13%，断面收缩率不小于22%。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据Ti-3Al-2V合金的名义成分将钛粉和AlV中间合金粉末按配比混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-3Al-2V合金中Al的原子数百分含量为3%，V的原子数百分含量为2%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉的平均粒度为40μm～70μm，钛粉的氧质量含量为1700ppm～3000ppm；所述AlV中间合金粉末的平均粒度为30μm～74μm，AlV中间合金粉末的氧质量含量≤2000ppm；
步骤二、将步骤一中所述混合粉末经冷等静压方式压制成型，得到粉末压坯；
步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1350℃～1450℃的真空条件下烧结3h～4h，得到相对密度为97%以上的Ti-3Al-2V合金。
上述的一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法，步骤一中所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于0.001%的纯钛粉。
上述的一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法，通过调整钛粉的粒度来控制合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用粒度较粗，即平均粒度（D50）为40μm～70μm的纯钛粉为原料，由于钛粉比表面积的减小，大大降低了钛粉氧含量（1700ppm～3000ppm），从而控制Ti-3Al-2V合金中的氧含量，进一步提高了Ti-3Al-2V合金零件的塑性和疲劳性能。
2、本发明采用平均粒度（D50）为40μm～70μm的纯钛粉，以及平均粒度为30μm～74μm的AlV中间合金粉末为原料，通过调整优化致密化烧结温度和保温时间，使粉末烧结颈得到良好发育，从而提高了Ti-3Al-2V合金的致密度。
3、本发明不需要额外添加稀土元素Y和调整其它元素成分，即可获得塑性和疲劳性能均较好的Ti-3Al-2V合金；同时不需要使用氢化钛粉末，降低了合金生产成本，简化了生产工艺，增加了合金零件性能的稳定性。
4、采用本发明的方法制备的Ti-3Al-2V合金的相对密度达到97%以上，抗拉强度达到750MPa以上，延伸率不小于13%，断面收缩率不小于22%。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Ti-3Al-2V合金的微观组织图。
图2为本发明实施例2制备的Ti-3Al-2V合金的微观组织图。
图3为本发明实施例3制备的Ti-3Al-2V合金的微观组织图。
具体实施方式
实施例1
步骤一、根据Ti-3Al-2V合金的名义成分将钛粉和AlV中间合金粉末按配比置于混料机中混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-3Al-2V合金中Al的原子数百分含量为3%，V的原子数百分含量为2%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于0.001%的纯钛粉，其平均粒度为40μm，氧质量含量为3000ppm；所述AlV中间合金粉末的平均粒度为30μm，AlV中间合金粉末的氧质量含量为2000ppm；
步骤二、将步骤一中所述混合粉末装入Φ50mm×200mm的冷等静压橡胶套中，经冷等静压方式在压制压力不小于200MPa条件下压制成型，得到粉末压坯；
步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1400℃的真空条件下（真空度≤1×10-2Pa）烧结3.5h，得到相对密度为98.5%以上的Ti-3Al-2V合金。
图1为本实施例制备的Ti-3Al-2V合金的微观组织图，从图中可以看出，合金已经基本致密化，缺陷少，达到可锻水平。
本实施例通过调整纯钛粉的粒度来控制Ti-3Al-2V合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本，制备的Ti-3Al-2V合金的抗拉强度≥830MPa，延伸率≥13%，断面收缩率≥22%。
实施例2
步骤一、根据Ti-3Al-2V合金的名义成分将钛粉和AlV中间合金粉末按配比置于混料机中混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-3Al-2V合金中Al的原子数百分含量为3%，V的原子数百分含量为2%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于0.001%的纯钛粉，其平均粒度为58μm，氧质量含量为2200ppm；所述AlV中间合金粉末的平均粒度为58μm，AlV中间合金粉末的氧质量含量为2000ppm；
步骤二、将步骤一中所述混合粉末装入Φ50mm×200mm的冷等静压橡胶套中，经冷等静压方式在压制压力不小于200MPa条件下压制成型，得到粉末压坯；
步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1350℃的真空条件下（真空度≤1×10-2Pa）烧结4h，得到相对密度为97.6%以上的Ti-3Al-2V合金。
图2为本实施例制备的Ti-3Al-2V合金的微观组织图，从图中可以看出，合金已经基本致密化，缺陷少，达到可锻水平。
本实施例通过调整纯钛粉的粒度来控制Ti-3Al-2V合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本，制备的Ti-3Al-2V合金的抗拉强度≥780MPa，延伸率≥15%，断面收缩率≥25%。
实施例3
步骤一、根据Ti-3Al-2V合金的名义成分将钛粉和AlV中间合金粉末按配比置于混料机中混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-3Al-2V合金中Al的原子数百分含量为3%，V的原子数百分含量为2%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于0.001%的纯钛粉，其平均粒度为70μm，氧质量含量为1700ppm；所述AlV中间合金粉末的平均粒度为74μm，AlV中间合金粉末的氧质量含量为1000ppm；
步骤二、将步骤一中所述混合粉末装入Φ50mm×200mm的冷等静压橡胶套中，经冷等静压方式在压制压力不小于200MPa条件下压制成型，得到粉末压坯；
步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1450℃的真空条件下（真空度≤1×10-2Pa）烧结3h，得到相对密度为97%以上的Ti-3Al-2V合金。
图3为本实施例制备的Ti-3Al-2V合金的微观组织图，从图中可以看出，合金已经基本致密化，缺陷少，达到可锻水平。
本实施例通过调整纯钛粉的粒度来控制Ti-3Al-2V合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本，制备的Ti-3Al-2V合金的抗拉强度≥750MPa，延伸率≥16%，断面收缩率≥28%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据Ti-3Al-2V合金的名义成分将钛粉和AlV中间合金粉末按配比混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-3Al-2V合金中Al的原子数百分含量为3%，V的原子数百分含量为2%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉的平均粒度为40μm～70μm，钛粉的氧质量含量为1700ppm～3000ppm；所述AlV中间合金粉末的平均粒度为30μm～74μm，AlV中间合金粉末的氧质量含量≤2000ppm；
步骤二、将步骤一中所述混合粉末经冷等静压方式压制成型，得到粉末压坯；
步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1350℃～1450℃的真空条件下烧结3h～4h，得到相对密度为97%以上的Ti-3Al-2V合金。
2.根据权利要求1所述的一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于0.001%的纯钛粉。
3.根据权利要求1所述的一种低成本Ti-3Al-2V合金的制备方法，其特征在于，通过调整钛粉的粒度来控制合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本。
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