CN1644278A - 一种Ti6Al4V合金注射成形方法 - Google Patents
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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
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 (3)
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。
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