CN1644278A

CN1644278A - 一种Ti6Al4V合金注射成形方法

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Publication number: CN1644278A
Application number: CN 200510011154
Authority: CN
Inventors: 曲选辉; 郭世柏; 秦明礼; 何新波; 段柏华; 汤春峰
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: CN1290651C

Abstract

本发明一种Ti6Al4V合金注射成形方法，采用粉末注射成形技术制备钛合金预成形坯，然后通过脱脂和烧结制备钛合金；具体工艺为：将所选用的Ti6Al4V粉末与所配制的粘结剂按比例在SK－160型开放式炼胶机上混炼1.5～2个小时，制粒后在注射成钛合金预成形坯，然后在混合溶剂无水乙醇和三氯乙烯、真空热脱脂，将脱脂坯置于真空烧结炉烧结得到较致密Ti6Al4V合金。将烧结坯热等静压处理2～4小时，随后退火，即得综合力学性能较好和精度高达±0.2％的Ti6Al4V零部件。本发明的优点在于Ti6Al4V零部件力学性能达到传统粉末冶金水平，零件尺寸精度高。

Description

一种Ti6Al4V合金注射成形方法

技术领域

本发明属于钛合金成形技术领域，特别是提供了一种Ti6Al4V合金注射成形方法，实现了低成本、高性能钛合金制备。

背景技术

钛及其钛合金具有低密度、高比强度、低弹性模量、良好高温强度、无毒无磁、卓越的耐腐蚀性等性能，广泛应用于石化、航空航天、汽车、生物工程(良好相容性)、手表、环保、高尔夫球俱乐部等领域，因此，该材料的研究一直是材料研究领域的一大热点。目前，制备Ti6Al4V较成熟的方法主要有真空熔炼、精密铸造和粉末冶金法。熔炼法和精密铸造这些工艺存在缺陷，成分易于偏析和组织不均匀、引进夹杂、生产效率低和生产成本高、难于批量生产。传统粉末冶金法采用简单的混粉—压形—烧结三步工艺生产较高性能钛合金。但该方法只能生产简单形状零件，并且生产效率低，生产成本高。而金属注射成形方法可以批量生产成分和组织均匀、尺寸精度高达±0.2％的复杂形状零件，实现钛合金零部件的低成本连续化生产。该方法首先是将一定比例的Ti6Al4V粉末和粘结剂在一定温度下混炼，然后制粒、注射成预成形坯，然后将粘结剂脱除并进行烧结制备出具有较高性能的钛合金，最后也可通过热等静压技术降低烧结坯的空隙度，从而提高钛合金的力学性能。目前国际上还没有金属注射成形制备Ti6Al4V合金的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ti6Al4V合金注射成形方法，能够低成本直接制备出具有最终形状和较高尺寸精度的钛合金零件，使这种材料得到广泛应用。

本发明采用粉末注射成形技术制备钛合金预成形坯，然后通过脱脂和烧结制备钛合金。具体工艺为：

1、将所选用的Ti6Al4V粉末与所配制的粘结剂按比例在SK-160型开放式炼胶机上混炼1.5～2个小时，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，粉末装载量为68～72vol％。

2、制粒后在注射温度为120℃～140℃，注射压力为70MPa～90MPa条件下注射成形，得到所需形状的钛合金预成形坯。

3、然后在混合溶剂无水乙醇和三氯乙烯体积比为＝1.5～2∶7.5～8中于50℃～80℃进行溶剂脱脂1～3小时，在40℃～60℃的温度下干燥30～60分钟，真空热脱脂在室温-600℃间进行，时间为6～8小时。

4、将脱脂坯置于真空烧结炉10^-3Pa中于1230℃～1260℃真空烧结2～4小时，得到较致密Ti6Al4V合金，将烧结坯于920℃～950℃和100～140MPa条件下热等静压处理2～4小时，随后在720℃～760℃温度下退火1～2小时，即得综合力学性能较好和精度高达±0.2％的Ti6Al4V零部件。

本发明所选用的Ti6Al4V粉末为按重量百分比氢化—脱氢Ti6Al4V∶气雾化Ti6Al4V为1∶9的比例配好粉末。

Ti6Al4V粉末的粒径为25～80μm。

本发明所配制的粘结剂为由重量百分比为60～65％改进型石蜡(PW)、12～16％低密度聚乙烯(LDPE)、8～12％聚丙烯(PP)、10～15％聚乙二醇20000(PEG20000)和0～5％的硬脂酸(SA)组成的多聚合物组元粘结剂，其中，改进型石蜡(PW)基粘结剂体系，低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚乙二醇20000(PEG20000)作为增塑剂，以硬脂酸(SA)为表面活性剂。

本发明的优点在于：Ti6Al4V零部件力学性能达到传统粉末冶金水平(拉伸强度1020MPa-1060MPa、屈服强度880MPa-970MPa、延伸率8.0％-9.5％、断面收缩率9.0％-12.0％)。零件尺寸精度高。

附图说明

图1为本发明的具体工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

按重量百分比氢化—脱氢Ti6Al4V∶气雾化Ti6Al4V为1∶9的比例配好粉末，粘结剂由60％PW、15％PEG20000、15％LDPE、10％PP和0％SA组成，粉末装载量为68vol％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混炼1.5个小时，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为120℃，注射压力为80MPa，所得的注射坯在混合溶剂无水乙醇和三氯乙烯(vol/vol＝1.5∶7.5)中于50℃进行溶剂脱脂2小时，再在40℃温度下干燥60分钟后置于真空脱脂炉(10-3Pa)中进行热脱脂，脱脂时间为8小时，将脱脂坯置于真空烧结炉(10-3Pa)中进行烧结，烧结温度为1230℃，烧结时间为2小时，将烧结坯于920℃和120MPa条件下热等静压处理2小时，随后在720℃退火1.5小时，即得到综合力学性能较好和精度高达±0.2％的Ti6Al4V零部件(抗拉强度1020MPa，屈服强度880MPa，延伸率8.0％，断面收缩率9.0％)。

实施例2：

按重量百分比氢化—脱氢Ti6Al4V∶气雾化Ti6Al4V为1∶9的比例配好粉末，粘结剂由60％PW、14％PEG20000、15％LDPE、10％PP和1％SA组成，粉末装载量为68vol％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混炼1.5个小时，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为130℃，注射压力为70MPa，所得的注射坯在混合溶剂无水乙醇和三氯乙烯(vol/vol＝1.5∶7.5)中于50℃进行溶剂脱脂3小时，再在40℃温度下干燥60分钟后置于真空脱脂炉(10^-3Pa)中进行热脱脂，脱脂时间为8小时，将脱脂坯置于真空烧结炉(10^-3Pa)中进行烧结，烧结温度为1230℃，烧结时间为3小时，将烧结坯于920℃和120MPa条件下热等静压处理3小时，随后在720℃退火1.5小时，即得到综合力学性能较好和精度高达±0.2％的Ti6Al4V零部件(抗拉强度1020MPa，屈服强度900MPa，延伸率8.0％，断面收缩率9.5％)。

实施例3：

按重量百分比氢化—脱氢Ti6Al4V∶气雾化Ti6Al4V为1∶9的比例配好粉末，粘结剂由62％PW、14％PEG20000、12％LDPE、9％PP和3％SA组成，粉末装载量为70vol％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混炼1.8个小时，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为130℃，注射压力为80MPa，所得的注射坯在混合溶剂无水乙醇和三氯乙烯(vol/vol＝1.5∶7.5)中于60℃进行溶剂脱脂2小时，再在40℃温度下干燥30分钟后置于真空脱脂炉(10^-3Pa)中进行热脱脂，脱脂时间为7小时，将脱脂坯置于真空烧结炉(10^-3Pa)中进行烧结，烧结温度为1230℃，烧结时间为4小时，将烧结坯于920℃和130MPa条件下热等静压处理4小时，随后在740℃退火1.5小时，即得到综合力学性能较好和精度高达±0.2％的Ti6Al4V零部件(抗拉强度1040MPa，屈服强度920MPa，延伸率9.0％，断面收缩率10.0％)。

实施例4：

按重量百分比氢化—脱氢Ti6Al4V∶气雾化Ti6Al4V为1∶9的比例配好粉末，粘结剂由63％PW、12％PEG20000、12％LDPE、12％PP和1％SA组成，粉末装载量为70vol％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混炼2个小时，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为130℃，注射压力为90MPa，所得的注射坯在混合溶剂无水乙醇和三氯乙烯(vol/vol＝1.5∶8)中于60℃进行溶剂脱脂2小时，再在50℃温度下干燥60分钟后置于真空脱脂炉(10^-3Pa)中进行热脱脂，脱脂时间为6小时，将脱脂坯置于真空烧结炉(10^-3Pa)中进行烧结，烧结温度为1250℃，烧结时间为3小时，最后将烧结坯于940℃和120MPa条件下热等静压处理2小时，随后在760℃退火2小时，即得到综合力学性能较好和精度高达±0.2％的Ti6Al4V零部件(抗拉强度1050MPa，屈服强度940MPa，延伸率9.0％，断面收缩率10.5％)。

实施例5：

按重量百分比氢化—脱氢Ti6Al4V∶气雾化Ti6Al4V为1∶9的比例配好粉末，粘结剂由65％PW、10％PEG20000、12％LDPE、10％PP和3％SA组成，粉末装载量为72vol％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混炼2个小时，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为140℃，注射压力为70MPa，所得的注射坯在混合溶剂无水乙醇和三氯乙烯(vol/vol＝2∶8)中于70℃进行溶剂脱脂1小时，再在50℃温度下干燥40分钟后置于真空脱脂炉(10^-3Pa)中进行热脱脂，脱脂时间为6小时，将脱脂坯置于真空烧结炉(10^-3Pa)中进行烧结，烧结温度为1260℃，烧结时间为2小时，最后将烧结坯于940℃和140MPa条件下热等静压处理3小时，随后在740℃退火1.5小时，即得到综合力学性能较好和精度高达±0.2％的Ti6Al4V零部件(抗拉强度1060MPa，屈服强度960MPa，延伸率9.5％，断面收缩率12.0％)。

实施例6：

按重量百分比氢化—脱氢Ti6Al4V∶气雾化Ti6Al4V为1∶9的比例配好粉末，粘结剂由65％PW、12％PEG20000、10％LDPE、10％PP和3％SA组成，粉末装载量为72vol％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混炼2个小时，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为140℃，注射压力为80MPa，所得的注射坯在混合溶剂无水乙醇和三氯乙烯(vol/vol＝2∶8)中于80℃进行溶剂脱脂1小时，再在60℃温度下干燥30分钟后置于真空脱脂炉(10^-3Pa)中进行热脱脂，脱脂时间为6小时，将脱脂坯置于真空烧结炉(10^-3Pa)中进行烧结，烧结温度为1260℃，烧结时间为3小时，最后将烧结坯于950℃和120MPa条件下热等静压处理2小时，随后在740℃退火1.5小时，即得到综合力学性能较好和精度高达±0.2％的Ti6Al4V零部件(抗拉强度1040MPa，屈服强度970MPa，延伸率9.5％，断面收缩率12.0％)。

Claims

1、一种Ti6Al4V合金注射成形方法，其特征在于：采用粉末注射成形技术制备钛合金预成形坯，然后通过脱脂和烧结制备钛合金；具体工艺为：

a、将所选用的Ti6Al4V粉末与所配制的粘结剂按比例在SK-160型开放式炼胶机上混炼1.5～2个小时，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，粉末装载量为68～72vol％；

b、制粒后在注射温度为120℃～140℃，注射压力为70MPa～90MPa条件下注射成形，得到所需形状的钛合金预成形坯，

c、然后在混合溶剂无水乙醇和三氯乙烯体积比为1.5～2∶7.5～8中于50℃～80℃进行溶剂脱脂1～3小时，在40℃～60℃的温度下干燥30～60分钟，真空热脱脂在室温-600℃间进行，时间为6～8小时；

d、将脱脂坯置于真空烧结炉10^-3Pa中于1230℃～1260℃真空烧结2～4小时，得到较致密Ti6Al4V合金，将烧结坯于920℃～950℃和100～140MPa条件下热等静压处理2～4小时，随后在720℃～760℃温度下退火1～2小时，即得综合力学性能较好和精度高达±0.2％的Ti6Al4V零部件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所选用的Ti6Al4V粉末为按重量百分比氢化-脱氢Ti6Al4V：气雾化Ti6Al4V为1∶9的比例配好粉末；Ti6Al4V粉末的粒径为25～80μm。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所配制的粘结剂为由重量百分比为60～65％改进型石蜡、12～16％低密度聚乙烯、8～12％聚丙烯、10～15％聚乙二醇20000和0～5％的硬脂酸组成的多聚合物组元粘结剂。