CN106756231B

CN106756231B - 一种纳米晶钛合金紧固件制备方法

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Publication number: CN106756231B
Application number: CN201510821531.1A
Authority: CN
Inventors: 刘俊旺; 张立军; 王永达; 张志刚
Original assignee: Zhejiang Jieneng Auto Parts Co ltd
Current assignee: Zhejiang Jieneng Auto Parts Co ltd
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2018-07-13
Anticipated expiration: 2035-11-24
Also published as: CN106756231A

Abstract

由一种钛合金材料制成的纳米晶钛合金紧固件，所述钛合金材料中钛的含量为80.5wt％～99.5wt％，余量为Al、Fe、V、Sn、Mo、Zr、Si中的一种或多种组合，所述纳米晶钛合金紧固件由如下制备方法得到：混料工序；高能球磨；热等静压；精整工序。本发明材料利用率高，成分均匀，易于产业化生产。本发明制备的纳米晶钛合金套筒零件可满足航空、航天、航海、兵器等领域的特殊需求。

Description

一种纳米晶钛合金紧固件制备方法

技术领域

本发明涉及一种适于特种领域需求的纳米晶钛合金紧固件及其制备方法。

背景技术

随着航空、航天、兵器、舰船、化工、能源等领域的发展，一方面对包括套筒类零件在内的工具的需求量增加，另一方面也提出了更加苛刻的性能要求，如耐腐蚀、轻便、无磁、超强耐用等。虽然钛合金因其强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域，但是，由于钛合金特殊的物理和力学性能，具有强度高，变形能力差，冷加工硬化严重，回弹强，易开裂，易粘模等缺陷。当前钛合金套筒大多采用热镦加工方法，存在产品质量差，材料单耗高，劳动强度大，生产效率低，废品率高及成本高等缺点，无法满足航空、航天等特殊领域的应用需求。

高能球磨+热等静压工艺作为一种制备和固结难加工材料的有效方法，可解决形状复杂零部件的成形难题，且一次性成形率高，后续加工少，材料利用率高，成分均匀，易于产业化生产，在加工技术上具有突出的优势。所以，高能球磨结合热等静压工艺应用于钛合金零部件的制备，可获得高致密度、细晶组织的高性能钛合金套筒类零部件。

发明内容

为解决现有钛合金套筒类零部件的成形难题，本发明提供了一种耐特殊环境使用的钛合金套筒类零部件及其制造方法。

本发明的耐环境钛合金紧固件是由一种钛合金材料制成，所述钛合金材料中钛的含量为80.5wt％～99.5wt％，余量为Al、Fe、V、Sn、Mo、Zr、Si中的一种或多种组合，所述纳米晶钛合金紧固件的制备方法如下：混料工序：将TiH₂粉末和其它金属元素粉末进行混粉，其中TiH₂粉末及其它金属元素粉末的颗粒直径为10μm～150μm，所述其它金属元素粉末是Al、Fe、V、Sn、Mo、Zr、Si中一种金属粉末或者多种金属粉末的混和物；其中钛的含量为80.5wt％～99.5wt％；混粉时间持续1小时～10小时，使所有粉末混合均匀；

高能球磨：将混合均匀的粉料放入高能球磨机中，采用高能球磨机将钛合金粉料直接破碎成具有纳米结构的钛合金粉末：采用纯度为99.99％以上的Ar气作为保护气氛，高能球磨的球料比为5:1～20:1，高能球磨的转速为100～300转/分，高能球磨的时间为20～60小时，高能球磨制得的纳米晶钛合金粉末的晶粒尺寸为50～100nm；

热等静压：将纳米晶钛合金粉末放入304不锈钢包套，采用：温度850℃-950℃，压力100MPa～150MPa，保温保压1～3小时，获得相对密度99.8％，尺寸误差小于1％的套筒类热等静压零件；

精整工序：用车削方法去除热等静压完成的粉末毛坯，对毛坯进行精加工，获得符合尺寸精度要求的钛合金套筒。。

当所述余量是由Al、Fe、V、Sn、Mo、Zr、Si中的多种的组合时，其中各种成分的比例为任意比。

优选，所述钛合金材料为Ti-6Al-4V、Ti-4Al-2V-2Mo-2Fe、Ti-2Al-4Mo-4Zr、Ti-6Al-0.2Si-2Sn-3Mo-4Zr、Ti-6Mo-4Fe-1.5V-2Al或Ti-6Al-Fe-V中的任意一种。

优选，纳米晶钛合金紧固件为纳米晶钛合金套筒。

本发明的有益效果如下：

1、本发明实现钛合金粉末颗粒的塑性变形、固结、再结晶，钛合金套筒件的相对密度达99.8％，尺寸误差小于1％。

2、本发明实现钛合金的精细化处理，制备的纳米晶钛合金套筒具有高度致密、细晶组织，其综合力学性能优异、抗腐蚀能力强等特点，可适应特殊环境的套筒零部件使用。

附图说明

图1本发明制备的纳米晶钛合金套筒SEM图

具体实施方式

实施例1

本实施例所述的纳米晶钛合金套筒是由一种钛合金材料制成，所述钛合金材料中钛的含量为80.5wt％～99.5wt％，余量为Al、Fe、V、Sn、Mo、Zr、Si中的一种或多种组合。

所述钛合金材料中各种成分的比例可以为：Ti-6Al-4V、Ti-4Al-2V-2Mo-2Fe、Ti-2Al-4Mo-4Zr、Ti-6Al-0.2Si-2Sn-3Mo-4Zr、Ti-6Mo-4Fe-1.5V-2Al或Ti-6Al-Fe-V。

实施例2

本实施例所述的是实施例1所述的耐环境纳米晶钛合金套筒的制备方法，它的具体过程为：

混料工序：将TiH₂粉末和其它金属元素粉末进行混粉，其中TiH₂粉末及其它金属元素粉末的颗粒直径为10μm～150μm，所述其它金属元素粉末是Al、Fe、V、Sn、Mo、Zr、Si中一种金属粉末或者多种金属粉末的混和物；其中钛的含量为80.5wt％～99.5wt％；混粉时间持续1小时～10小时，使所有粉末混合均匀；

高能球磨：将混合均匀的粉料放入高能球磨机中，采用高能球磨机将钛合金粉料直接破碎成具有纳米结构的钛合金粉末：采用纯度为99.99％以上的Ar气作为保护气氛，高能球磨的球料比为5:1～20:1，高能球磨的转速为100～300转/分，高能球磨的时间为10～60小时，高能球磨制得的纳米晶钛合金粉末的晶粒尺寸为50～100nm。

热等静压：将纳米晶钛合金粉末放入304不锈钢包套，采用：温度850℃-950℃，压力100MPa～150MPa，保温保压1～3小时，获得相对密度99.8％，尺寸误差小于1％的套筒类热等静压零件。

精整工序：用车削方法去除热等静压完成的粉末毛坯，对毛坯进行精加工，获得符合尺寸精度要求的钛合金套筒。

本实施例所述的耐环境纳米晶钛合金套筒的制备方法是一种粉末冶金的方法。

本实施例中的TiH₂粉末及其它金属元素粉末的直径的最佳范围为20μm～60μm。

在高能球磨工序中，最佳球料比为20:1，最佳球磨时间为30小时。

在热等静压工序中，热等静压的最佳范围是850℃～900℃之间，最佳热等静压时间是1～2小时。

实施例3

本实施例是实施例2一个更具体实施例。

本实施例中采用的原材料是：Ti-6Mo-4Fe-1.5V-2Al，具体工艺过程为：

混料工序：将TiH₂粉末和其它金属元素粉末进行混粉，其中TiH₂粉末及其它金属元素粉末的颗粒直径为50～70μm，混粉时间持续15小时，使所有粉末混合均匀；

高能球磨：将混合均匀的粉料放入高能球磨机中，采用高能球磨机将钛合金粉料直接破碎成具有纳米结构的钛合金粉末：采用纯度为99.99％的Ar气作为保护气氛，高能球磨的球料比为10:1，高能球磨的转速为150转/分，高能球磨的时间为24小时，高能球磨制得的纳米晶钛合金粉末的晶粒尺寸为50～80nm。

热等静压：将纳米晶钛合金粉末放入304不锈钢包套，采用：温度900℃，压力150MPa，保温保压2小时，获得相对密度99.8％，尺寸误差0.95％的套筒类热等静压零件。

Claims

1.由一种钛合金材料制成的纳米晶钛合金紧固件，所述钛合金材料中钛的含量为80.5wt％～99.5wt％，余量为Al、Fe、V、Sn、Mo、Zr、Si中的一种或多种组合，所述纳米晶钛合金紧固件的制备方法如下：混料工序：将TiH₂粉末和其它金属元素粉末进行混粉，其中TiH₂粉末及其它金属元素粉末的颗粒直径为10μm～150μm，所述其它金属元素粉末是Al、Fe、V、Sn、Mo、Zr、Si中一种金属粉末或者多种金属粉末的混和物；其中钛的含量为80.5wt％～99.5wt％；混粉时间持续1小时～10小时，使所有粉末混合均匀；

2.根据权利要求1所述的纳米晶钛合金紧固件，其特征在于所述钛合金材料为Ti-6Al-4V、Ti-4Al-2V-2Mo-2Fe、Ti-2Al-4Mo-4Zr、Ti-6Al-0.2Si-2Sn-3Mo-4Zr、Ti-6Mo-4Fe-1.5V-2Al或Ti-6Al-Fe-V中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的纳米晶钛合金紧固件，其特征在于所述纳米晶钛合金紧固件为纳米晶钛合金套筒。

4.根据权利要求1所述的纳米晶钛合金紧固件，其特征在于所述纳米晶钛合金紧固件为纳米晶钛合金套筒。