EA018035B1 - Method for manufacturing articles from titanium alloys - Google Patents
Method for manufacturing articles from titanium alloys Download PDFInfo
- Publication number
- EA018035B1 EA018035B1 EA200901219A EA200901219A EA018035B1 EA 018035 B1 EA018035 B1 EA 018035B1 EA 200901219 A EA200901219 A EA 200901219A EA 200901219 A EA200901219 A EA 200901219A EA 018035 B1 EA018035 B1 EA 018035B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- titanium
- powder
- hydrogen
- powders
- hydrogenated
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии титановых сплавов и может быть использовано в авиационной, автомобильной, химической промышленности и других сферах деятельности при производстве титановых деталей сложной формы путем прессования порошковых смесей при комнатной температуре и последующего спекания.The invention relates to powder metallurgy of titanium alloys and can be used in the aviation, automotive, chemical industry and other fields of activity in the production of complex titanium parts by pressing powder mixtures at room temperature and subsequent sintering.
Титановые сплавы - легкие и высокопрочные материалы, которые по показателям удельной прочности (отношения прочности к плотности) превосходят все материалы, кроме бериллия. Кроме того, они имеют высокую коррозионную стойкость. На сегодняшний день детали из титановых сплавов производят либо способом литья, который включает выплавку слитков, их горячую деформацию и обработку резанием, либо способом порошковой металлургии. Первый способ не является экономически эффективным, однако при значительной себестоимости обеспечивает высокие свойства титановых сплавов. Второй - экономически эффективен, но приводит к некоторому снижению механических свойств.Titanium alloys are light and high-strength materials that surpass all materials except beryllium in terms of specific strength (strength to density ratio). In addition, they have high corrosion resistance. Today, parts from titanium alloys are produced either by casting, which includes the ingot smelting, their hot deformation and processing by cutting, or by powder metallurgy. The first method is not cost-effective, but at a significant cost it provides high properties of titanium alloys. The second is cost-effective, but leads to some reduction in mechanical properties.
На протяжении последних 30 лет разработаны разные порошковые технологии получения изделий из титановых сплавов, которые характеризуются плотностью и механическими свойствами, достаточными для практического применения. Новые технологии включают использование многокомпонентных порошковых смесей, контроль размера частиц, горячее изостатическое прессование и специальную обработку поверхности. Однако все эти порошковые технологии, в том числе традиционные, как правило, не обеспечивают достижения высоких характеристик порошковых титановых сплавов.Over the past 30 years, various powder technologies have been developed to obtain products from titanium alloys, which are characterized by density and mechanical properties sufficient for practical use. New technologies include the use of multicomponent powder mixtures, particle size control, hot isostatic pressing and special surface treatment. However, all these powder technologies, including traditional ones, as a rule, do not ensure the achievement of high performance of titanium powder alloys.
Известен способ получения изделий из титановых сплавов, защищенный патентом Японии № 06092605, МПК В22Р 3/24, Бюл.ИСМ, №4, 1998, который включает формование смесей металлических порошков на основе порошка титана, вакуумное спекание, горячее изостатическое прессование сплава в α+β области и ударную обработку поверхности для удаления пор в поверхностном слое. Неравномерное распределение пор в глубине спеченных изделий является недостатком способа, поскольку снижает механические свойства изделий, особенно прочность.A known method of producing products from titanium alloys, protected by Japanese patent No. 06092605, IPC B22P 3/24, Bull.ISM, No. 4, 1998, which includes the formation of mixtures of metal powders based on titanium powder, vacuum sintering, hot isostatic pressing of the alloy in α + β areas and impact surface treatment to remove pores in the surface layer. The uneven distribution of pores in the depth of the sintered products is a disadvantage of the method, since it reduces the mechanical properties of the products, especially strength.
Известен способ получения изделий из титановых сплавов (см. акц. заявку Японии №1-29864, МПК С22Р 1/18, Бюл. ИСМ, №3, 1990), который включает прессование порошковой смеси на основе порошка титана, вакуумное спекание, закалку сплава от температур β-области и горячее прессование при температуре выше 800°С. При этом окисление, которое имеет место при горячем прессовании, ведет к ухудшению комплекса механических свойств.A known method of producing products from titanium alloys (see Japanese acc. Application No. 1-29864, IPC C22P 1/18, Bull. ISM, No. 3, 1990), which includes pressing a powder mixture based on titanium powder, vacuum sintering, quenching of the alloy from the temperature of the β-region and hot pressing at temperatures above 800 ° C. Moreover, the oxidation that occurs during hot pressing leads to a deterioration in the complex of mechanical properties.
Известен способ получения изделий из титановых сплавов, защищенный патентом США № 4,432,795, МПК С22С 14/00, Бюл. ИСМ №10, 1984, который заключается в размоле порошков легких металлов до размера частиц менее 20 мкм, смешивании их с частицами титановой основы с размером более 40 мкм, формовании смесей в пресс-формах и спекании при температурах, при которых не образуются жидкие фазы. Способ позволяет получить изделия с плотностью, близкой к теоретической, однако полученные сплавы загрязнены железом, кислородом и другими примесями, что снижает их механические свойства и не позволяет использовать сплавы в условиях критических нагрузок.A known method of producing products from titanium alloys is protected by US patent No. 4,432,795, IPC C22C 14/00, Bull. ISM No. 10, 1984, which consists in grinding powders of light metals to a particle size of less than 20 microns, mixing them with particles of a titanium base with a size of more than 40 microns, molding mixtures in molds and sintering at temperatures at which liquid phases do not form. The method allows to obtain products with a density close to theoretical, but the resulting alloys are contaminated with iron, oxygen and other impurities, which reduces their mechanical properties and does not allow the use of alloys under critical loads.
Известен способ получения изделий из титановых сплавов по патенту США № 4,838,935, МПК С22С 1/04, 1989, включающий использование смеси гидрида титана вместе с титановым порошком для прессования и спекания. Спрессованное изделие нагревается в вакуумной камере горячего прессования до температур распада Т1Н2 для удаления газов. Потом изделие в вакууме нагревается до 1350-1500°С под приложенным давлением. Эта технология не позволяет полностью предотвратить окисление высокоактивного титанового порошка во время второго нагрева, так как водород непрерывно откачивается из камеры. Кроме того, способ не подходит для смесей, которые содержат легкоплавкие металлы и фазы.A known method of producing products from titanium alloys according to US patent No. 4,838,935, IPC С22С 1/04, 1989, comprising using a mixture of titanium hydride together with titanium powder for pressing and sintering. The compressed product is heated in a vacuum chamber of hot pressing to the decomposition temperatures T1H 2 to remove gases. Then the product in vacuum is heated to 1350-1500 ° C under the applied pressure. This technology does not completely prevent the oxidation of highly active titanium powder during the second heating, since hydrogen is continuously pumped out of the chamber. In addition, the method is not suitable for mixtures that contain fusible metals and phases.
Известен способ получения изделий из титановых сплавов по патенту США № 3,950,166, МПК С22С 1/04, 1976, включающий предварительное частичное спекание порошков титана и гидрида титана с металлическими легирующими порошками при постоянном давлении аргона или в вакууме, распыление предварительно спеченного сплава и повторное спекание с металлическими легирующими порошками, такими как Мо, V, Ζτ и лигатура А1-У, для достижения необходимого конечного состава. Полученная смесь прессуется в заготовки необходимой формы и спекается в вакууме при 1000-1500°С. Такой сложный процесс необходим для завершения металлургической реакции между компонентами сплава, которая не завершается после первой стадии. Водород не участвует в реакции, поскольку он непрерывно откачивается при вакуумном спекании или разбавляется инертным газом при спекании в аргоне. Для завершения реакции и получения однородного сплава необходимого состава технология включает дополнительное распыление сплава, добавку новых порций компонентов и повторное спекание. После такого трудоемкого и малоэффективного процесса плотность конечных изделий составляет лишь 95-98% от теоретического значения. Низкая плотность и недостаточная прочность обусловлены указанным распылением, поскольку распыление расплавов титановых сплавов приводит к дополнительному окислению и накоплению микроструктурных дефектов и примесей.A known method for producing products from titanium alloys according to US patent No. 3,950,166, IPC С22С 1/04, 1976, including preliminary partial sintering of titanium powders and titanium hydride with metal alloying powders at constant argon pressure or in vacuum, spraying the pre-sintered alloy and re-sintering with metal alloying powders, such as Mo, V, Ζτ and ligature A1-U, to achieve the required final composition. The resulting mixture is pressed into blanks of the required shape and sintered in vacuum at 1000-1500 ° C. Such a complex process is necessary to complete the metallurgical reaction between the components of the alloy, which does not end after the first stage. Hydrogen is not involved in the reaction, since it is continuously pumped out during vacuum sintering or diluted with an inert gas during sintering in argon. To complete the reaction and obtain a homogeneous alloy of the required composition, the technology includes additional atomization of the alloy, the addition of new batches of components, and re-sintering. After such a laborious and ineffective process, the density of the final products is only 95-98% of the theoretical value. Low density and insufficient strength are due to the specified spraying, since the spraying of melts of titanium alloys leads to additional oxidation and the accumulation of microstructural defects and impurities.
Известен способ получения изделий из титановых сплавов по патенту США № 5,441,695, МПК В22Р 3/10, 1995, путем спекания порошка гидрида титана. Однако этот процесс относится к производству материалов, которые содержат соединение ΤίΝί, поскольку конечной стадией описанного в патенте процесса является спекание порошка при 1200°С в атмосфере азота, причем происходит реакция титана сA known method of producing products from titanium alloys according to US patent No. 5,441,695, IPC B22P 3/10, 1995, by sintering powder of titanium hydride. However, this process relates to the production of materials that contain compound ΤίΝί, since the final stage of the process described in the patent is sintering of the powder at 1200 ° C in a nitrogen atmosphere, and titanium reacts with
- 1 018035 азотом. Соединение ΤίΝί формируется выше 800°С, и растворимость азота в твердом титане составляет до 6 мас.% при нагревании до 1200°С (Уо1 А.Е. §1гис1иге аиб Ргорегйек о£ В1пагу Ме1а1 8у51сш5. ν. 1, 1959, р. 145). Такое высокое содержание азота является абсолютно неприемлемым для всех титановых сплавов, которые используются в качестве конструкционных материалов в разных областях. Однако нитрид титана пригоден для декорирования поверхностей, так как своим блеском и цветом напоминает золото. Именно декорирование титана является целью патента США 5,441,695, что следует из его названия и примеров, где спеченные детали имеют интенсивный блеск. Таким образом, эта технология не может быть использована для получения каких-либо конструкционных деталей из титановых сплавов, включая сплавы, которые содержат алюминий и ванадий, по причине формирования нитридов этих металлов, что ведет к ухудшению механических свойств титановых сплавов. Более того, продукция, полученная по этому патенту, насыщена кислородом, а также водородом.- 1 018035 nitrogen. Compound руется is formed above 800 ° С, and the solubility of nitrogen in solid titanium is up to 6 wt.% When heated to 1200 ° С (Уо1 А.Е. §1гis1ige аиб Рреоргйек о £ В1пагу Ме1а1 8у51сш5. 145). Such a high nitrogen content is absolutely unacceptable for all titanium alloys that are used as structural materials in different fields. However, titanium nitride is suitable for decorating surfaces, as it resembles gold in its luster and color. It is titanium decoration that is the purpose of US Pat. No. 5,441,695, which follows from its name and examples where the sintered parts have an intense sheen. Thus, this technology cannot be used to obtain any structural parts from titanium alloys, including alloys that contain aluminum and vanadium, due to the formation of nitrides of these metals, which leads to a deterioration in the mechanical properties of titanium alloys. Moreover, the products obtained according to this patent are saturated with oxygen as well as hydrogen.
Известны также способы получения изделий из титановых сплавов путем использования гидрида титана как исходного сырья вместе с легирующими порошками с целью улучшения пластичности и химической чистоты синтезированных титановых сплавов (см. патенты Японии № 07278609, 1995; № 06088153, 1994; США № 3472705, 1969, международную заявку № 9701409, 1997). Все эти способы включают вакуумный нагрев и спекание одновременно с непрерывной откачкой выделяющихся газов. Таким образом, чистящий эффект водорода должным образом не используется, и частичное окисление снова происходит после удаления водорода из вакуумной камеры. Таким образом, эти способы не обеспечивают эффективное улучшение механических свойств спеченных сплавов, несмотря на активированное спекание при термической диссоциации гидрида титана.There are also known methods for producing products from titanium alloys by using titanium hydride as a feedstock together with alloying powders in order to improve the ductility and chemical purity of synthesized titanium alloys (see Japanese Patents No. 07278609, 1995; No. 06088153, 1994; US No. 3472705, 1969, international application No. 9701409, 1997). All of these methods include vacuum heating and sintering simultaneously with the continuous evacuation of the evolved gases. Thus, the cleaning effect of hydrogen is not properly used, and partial oxidation again occurs after the removal of hydrogen from the vacuum chamber. Thus, these methods do not provide an effective improvement in the mechanical properties of sintered alloys, despite activated sintering during thermal dissociation of titanium hydride.
Некоторые специальные технологии были предложены для получения изделий из титановых сплавов в водородной атмосфере (см. патенты Японии № 58034102, 1983, и Швейцарии № 684978, МПК С22С 14/00, 1995). Эти способы не могут предотвратить загрязнение спекаемого металла так же, как и способы, описанные выше, поскольку после удаления атмосферы, содержащей водород, имеет место повторное окисление высокоактивных металлов.Some special technologies have been proposed for the manufacture of titanium alloy products in a hydrogen atmosphere (see Japanese Patents No. 58034102, 1983, and Switzerland No. 684978, IPC C22C 14/00, 1995). These methods cannot prevent contamination of the sintered metal in the same way as the methods described above, since after removal of the atmosphere containing hydrogen, reoxidation of highly active metals takes place.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ получения изделий из титановых сплавов, защищенный патентом Украины № 70366, МПК7 В22Р 3/16, 2001, выбранный в качестве прототипа, который включает смешивание основы - гидрида титана с размером частиц <100 мкм, с порошками легирующих элементов, которые образуют с титаном сплавы, с размером частиц не больше 1/3-2/3 от размеров частиц основы, формование смеси в заготовку, форма которой соответствует конечному изделию, при давлении 400-1000 МПа при комнатной температуре и спекание изделия в вакууме при температурах, при которых не образуется жидких фаз, причем при нагреве в вакуумной камере в интервале температур 400-900°С контролируют выделяющийся водород до давления 104 Па, а затем продолжают нагрев изделий до температуры спекания с одновременным снижением давления в камере до 10-2 Па.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed method is a method for producing products from titanium alloys, protected by Ukrainian patent No. 70366, IPC7 В22Р 3/16, 2001, selected as a prototype, which includes mixing the base - titanium hydride with a particle size <100 microns, with powders of alloying elements that form alloys with titanium, with a particle size of not more than 1 / 3-2 / 3 of the particle sizes of the base, molding the mixture into a workpiece, the shape of which corresponds to the final product, at a pressure of 400-1000 MPa at room temperature and sintering of the product in vacuum at temperatures at which no liquid phases are formed, and when heated in a vacuum chamber in the temperature range 400-900 ° C, the released hydrogen is controlled to a pressure of 10 4 Pa, and then the products are continued to heat up to sintering temperature with simultaneous reducing the pressure in the chamber to 10 -2 Pa.
Недостатком этой технологии является низкая прочность гидрида титана, т.е. титана, наводороженного до максимальной концентрации, что ограничивает получение из него изделий сложной формы, поскольку ведет к появлению трещин и сколов после прессования и во время спекания, а также дефектов в структуре конечных изделий. Кроме того, наводороживание титана до максимальной концентрации (гидрид титана) требует значительных затрат.The disadvantage of this technology is the low strength of titanium hydride, i.e. titanium, hydrogenated to a maximum concentration, which limits the production of complex-shaped products from it, since it leads to the appearance of cracks and chips after pressing and during sintering, as well as defects in the structure of the final products. In addition, hydrogenation of titanium to a maximum concentration (titanium hydride) requires significant costs.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача совершенствования известного способа получения изделий из титановых сплавов путем использования в качестве основы стартовой порошковой смеси вместо гидрида титана порошка гидрированного (наводороженного) титана с несколько меньшим (оптимизированным) содержанием водорода, и оптимизации процессов формования порошков и режимов спекания изделий, благодаря чему достигаются высокие механические характеристики изделий при улучшении экономической эффективности процесса.The basis of the claimed invention is the task of improving the known method for producing products from titanium alloys by using, as the basis of the starting powder mixture, instead of titanium hydride, a powder of hydrogenated (hydrogenated) titanium with a slightly lower (optimized) hydrogen content, and optimization of powder molding processes and sintering modes of products, due to which high mechanical characteristics of the products are achieved while improving the economic efficiency of the process.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе получения изделий из титановых сплавов, включающем смешивание порошка основы, содержащей титан, с порошками легирующих элементов, которые образуют с титаном сплавы, формование в заготовки, форма которых соответствует конечным изделиям, спекание в вакууме при температурах, при которых не образуются жидкие фазы, в соответствии с изобретением в качестве основы используют 10-50 мас.% порошка недосепарированного титана с размерами частиц меньше 500 мкм, полученного из недосепарированной титановой губки, которая содержит до 2,0 мас.% хлора и до 2,0 мас.% магния, и/или 10-90 мас.% порошка гидрированного титана, причем этот порошок является смесью двух порошков гидрированного титана А и В, которые содержат разное количество водорода: порошок А содержит 0,2-1,0 мас.% водорода, а порошок В содержит 2,0-3,9 мас.% водорода, и/или до 90 мас.% стандартного титанового порошка, в качестве легирующих порошков добавляют 5,0-50 мас.% лигатур или металлов, причем соотношение между размерами частиц порошков титана, гидрированного титана и легирующих порошков составляет 1:(0,5-2,0):(0,01-0,7), формование полученной смеси в заготовки проводят в пресс-формах, или прямой прокаткой порошков, или холодным изостатическим прессованием, или инжекционным прессованием до относительной плотности не менее 60% под давлением 400-960 МПа, потом нагревают сформованные заготовки до 300-900°С иThe problem is solved due to the fact that in the known method for producing products from titanium alloys, comprising mixing a powder of a base containing titanium with powders of alloying elements that form alloys with titanium, molding into blanks, the shape of which corresponds to the final products, sintering in vacuum at temperatures at which liquid phases do not form, in accordance with the invention, 10-50 wt.% of powder of unseparated titanium with particle sizes less than 500 μm obtained from unseparated is used as a base ovannoy titanium sponge, which contains up to 2.0 wt.% chlorine and up to 2.0 wt.% magnesium, and / or 10-90 wt.% powder of hydrogenated titanium, and this powder is a mixture of two powders of hydrogenated titanium A and B, which contain different amounts of hydrogen: powder A contains 0.2-1.0 wt.% hydrogen, and powder B contains 2.0-3.9 wt.% hydrogen, and / or up to 90 wt.% standard titanium powder, 5.0-50 wt.% ligatures or metals are added as alloying powders, and the ratio between the particle sizes of titanium, hydrogenated titanium and alloying powders the grooves is 1: (0.5-2.0) :( 0.01-0.7), the resulting mixture is formed into billets in molds, either by direct rolling of powders, or by cold isostatic pressing, or by injection pressing to a relative density of at least 60% under a pressure of 400-960 MPa, then the molded preforms are heated to 300-900 ° C and
- 2 018035 выдерживают их в этом температурном интервале не менее 30 мин в атмосфере водорода, выделяющегося из гидрированного титана, а спекание изделий проводят в β-области титана путем нагрева в вакууме до температуры 1000-1350°С, при которой выдерживают не менее 30 мин.- 2 018035 maintain them in this temperature range for at least 30 minutes in an atmosphere of hydrogen released from hydrogenated titanium, and sintering of products is carried out in the β-region of titanium by heating in vacuum to a temperature of 1000-1350 ° C, at which they withstand at least 30 minutes .
Вариантом реализации способа является использование легирующего порошка, который содержит 60 мас.% алюминия и 40 мас.% ванадия при размере частиц менее 70 мкм. Вариантом реализации способа также является то, что смесь гидрированных порошков титана состоит из порошка А, который содержит менее 1,0 мас.% водорода и имеет размер частиц менее 100 мкм, и порошка В, который содержит приблизительно 3,9 мас.% водорода и имеет размер частиц менее 250 мкм, а стандартный титановый порошок имеет размер частиц менее 500 мкм.An embodiment of the method is the use of an alloying powder that contains 60 wt.% Aluminum and 40 wt.% Vanadium with a particle size of less than 70 microns. An embodiment of the method is also that the mixture of hydrogenated titanium powders consists of powder A, which contains less than 1.0 wt.% Hydrogen and has a particle size of less than 100 μm, and powder B, which contains approximately 3.9 wt.% Hydrogen and has a particle size of less than 250 microns, and a standard titanium powder has a particle size of less than 500 microns.
Суть и особенности данного изобретения детально описаны ниже. Данное изобретение устраняет указанные выше недостатки путем:The essence and features of this invention are described in detail below. This invention eliminates the above disadvantages by:
(a) подготовки экономически-эффективного стартового порошкового состава для дальнейшего формования при комнатной температуре и спекания.(a) preparing a cost-effective starting powder composition for further molding at room temperature and sintering.
В состав порошковой смеси входятThe composition of the powder mixture includes
10-50 мас.% порошка недосепарированного титана с размерами менее 500 мкм, полученного из недосепарированной титановой губки, включающей до 2,0 мас.% хлора и до 2,0 мас.% магния. Недосепарированный титановый порошок значительно дешевле порошка титана, полученного из полностью сепарированной титановой губки, потому что конечные стадии очищения титановой губки являются наиболее длительными и затратными в общем процессе ее производства;10-50 wt.% Powder of unseparated titanium with sizes less than 500 microns obtained from unseparated titanium sponge, including up to 2.0 wt.% Chlorine and up to 2.0 wt.% Magnesium. An unseparated titanium powder is much cheaper than titanium powder obtained from a fully separated titanium sponge, because the final stages of cleaning a titanium sponge are the longest and most expensive in the general process of its production;
10-90 мас.% гидрированного порошка титана, причем этот порошок является смесью двух гидрированных порошков А и В, которые содержат разное количество водорода: порошок А содержит 0,2-1,0 мас.%, а порошок В - 2,0-3,9 мас.% водорода. Порошок с высоким содержанием водорода обеспечивает очищение недосепарированного порошка титана во время термической обработки и спекания, в то время как порошок с низким содержанием водорода обеспечивает достаточную прочность сырых заготовок и качественную структуру конечных спеченных изделий;10-90 wt.% Hydrogenated titanium powder, and this powder is a mixture of two hydrogenated powders A and B, which contain different amounts of hydrogen: powder A contains 0.2-1.0 wt.%, And powder B - 2.0- 3.9 wt.% Hydrogen. High hydrogen powder purifies the unseparated titanium powder during heat treatment and sintering, while low hydrogen powder provides sufficient raw material strength and a good structure for the final sintered products;
до 90 мас.% стандартного титанового порошка;up to 90 wt.% standard titanium powder;
5,0-50 мас.% легирующих порошков: лигатур или чистых металлов. Соотношения между размерами частиц порошков титана, гидрированного титана и легирующих порошков составляет 1:(0,5-2,0): (0,010,7);5.0-50 wt.% Alloying powders: ligatures or pure metals. The ratio between the particle sizes of the powders of titanium, hydrogenated titanium and alloying powders is 1: (0.5-2.0): (0.010.7);
(b) использования экономически-эффективных технологических операций для производства плоских изделий и изделий сложной формы, которые включают смешивание вышеуказанных порошка недосепарированного титана, полученного из недосепарированной титановой губки, стандартного титанового порошка, гидрированных порошков титана с разным содержанием водорода и легирующих лигатур или порошков металлов в соотношении, необходимом для достижения химического состава сплава, формование полученной смеси в заготовки при комнатной температуре путем прессования в прессформах, прямой прокатки, холодного изостатического прессования или инжекционного формования до плотности не менее 60% от теоретического значения, при этом происходит дополнительное измельчение порошков гидрированного титана на фрагменты при 400-960 МПа и обеспечивается однородное распределение мелких пор в заготовках, что способствует лучшему залечиванию пор в процессе спекания, нагревание заготовок до 300-900°С и их выдержка не менее 30 мин в атмосфере водорода, который выделяется при распаде гидрированного титана, что обеспечивает реакцию хлора, магния, кислорода и других примесей с водородом и, в результате, химическое очищение титановых порошков в сформованных заготовках;(b) the use of cost-effective technological operations for the production of flat products and products of complex shape, which include mixing the above powder of unseparated titanium obtained from unseparated titanium sponge, standard titanium powder, hydrogenated titanium powders with different hydrogen content and alloying ligatures or metal powders in the ratio necessary to achieve the chemical composition of the alloy, molding the resulting mixture into billets at room temperature by sizing in molds, direct rolling, cold isostatic pressing or injection molding to a density of not less than 60% of the theoretical value, with additional grinding of hydrogenated titanium powders into fragments at 400-960 MPa and uniform distribution of small pores in the workpieces, which contributes to better healing of pores during sintering, heating the workpieces to 300-900 ° C and holding them for at least 30 minutes in a hydrogen atmosphere, which is released during the decay of hydrogenated titanium, which both reaction ensures, chlorine, magnesium, oxygen and other impurities with hydrogen and, as a result, the chemical purification of titanium powder in the molded preforms;
нагревание в вакууме для спекания в температурной области β-фазы титана в интервале 10001350°С, выдержку не менее 30 мин и охлаждение.heating in vacuum for sintering in the temperature region of the β-phase of titanium in the range of 10001350 ° C, holding for at least 30 minutes and cooling.
Суть изобретения состоит в управлении чистотой и механическими свойствами спеченных титановых сплавов путем использования: (а) экономически-эффективного порошка недосепарированного титана, полученного из недосепарированной титановой губки, (Ь) порошков гидрированного титана, которые содержат разное количество водорода и имеют определенный размер, в качестве основного компонента, (с) оптимального соотношения размеров частиц порошков недосепарированного титана, гидрированного титана и легирующих порошков, (б) химического очищения титановых порошков непосредственно во время процесса спекания и (е) переменного давления водорода в печи во время нагревания и спекания.The essence of the invention is to control the purity and mechanical properties of sintered titanium alloys by using: (a) a cost-effective powder of unseparated titanium obtained from an unseparated titanium sponge, (b) powders of hydrogenated titanium, which contain different amounts of hydrogen and have a certain size, as the main component, (c) the optimal ratio of particle sizes of powders of unseparated titanium, hydrogenated titanium and alloying powders, (b) chemical purification of titanium of canned powders directly during the sintering process and (e) alternating hydrogen pressure in the furnace during heating and sintering.
Оптимальный размер стартовых порошков, а также их защита от окисления при нагреве и спекании играют значительную роль в процессе.The optimal size of the starting powders, as well as their protection against oxidation during heating and sintering, play a significant role in the process.
Ни один из известных способов, в том числе перечисленных в описании изобретения, не посвящается поиску экономически эффективных составов порошковой смеси и оптимальному соотношению размеров частиц порошков гидрированного титана (или гидрида титана), порошков титана и легирующих порошков. Известные технологии всегда используют дорогие очищенные порошки и традиционный процесс спекания с непрерывным откачиванием вакуумной камеры во время нагрева и спекания. Соответственно не реализуется в полной мере реакция водорода с порошками в прессовке, конечный спеченныйNone of the known methods, including those listed in the description of the invention, is dedicated to the search for cost-effective compositions of the powder mixture and the optimal particle size ratio of hydrogenated titanium (or titanium hydride) powders, titanium powders and alloying powders. Known technologies always use expensive refined powders and a traditional sintering process with continuous evacuation of the vacuum chamber during heating and sintering. Accordingly, the reaction of hydrogen with powders in the compact is not fully realized, the final sintered
- 3 018035 сплав содержит повышенную концентрацию кислорода и неравномерное распределение значительного объемного количества пор.- 3 018035 alloy contains an increased concentration of oxygen and an uneven distribution of a significant volumetric amount of pores.
В соответствии с изобретением стоимость стартовой порошковой смеси резко снижена по причине использования дешевого порошка недосепарированного титана, полученного из недосепарированной титановой губки. При использовании порошка недосепарированного титана в количестве более чем 50% от общей массы стартовой порошковой смеси порошковая смесь будет чрезмерно загрязнена магнием и хлором, что ухудшит результат водородной очистки при спекании и приведет к деградации свойств спеченного сплава. Те же негативные последствия происходят и при стартовом содержании в недосепарированном порошке хлора более 2% и магния более 2%. При использовании порошка недосепарированного титана в количестве менее 10% снижается экономическая эффективность метода.In accordance with the invention, the cost of the starting powder mixture is sharply reduced due to the use of cheap powder of unseparated titanium obtained from unseparated titanium sponge. When using powder of unseparated titanium in an amount of more than 50% of the total mass of the starting powder mixture, the powder mixture will be excessively contaminated with magnesium and chlorine, which will worsen the result of hydrogen purification during sintering and lead to degradation of the properties of the sintered alloy. The same negative consequences occur when the starting content in an unseparated powder of chlorine is more than 2% and magnesium is more than 2%. When using powder of unseparated titanium in an amount of less than 10%, the economic efficiency of the method is reduced.
Одним из вариантов изобретения является использование в качестве основы смесей 10-90% порошка гидрированного титана, состоящего из двух порошков А и В с разным содержанием водорода. Это позволяет варьировать приготовление смеси, регулируя прочность сырых заготовок и предотвращая их растрескивание, улучшать процесс спекания и регулировать усадку при спекании заготовок, т.е. контролировать стабильность размеров конечных спеченных изделий. Кроме того, использование сниженной концентрации водорода в титане является экономически привлекательным, поскольку уменьшает затраты на наводораживание. Если гидрированные порошки А и В вместе составляют менее 10% от общей массы смеси, то положительный эффект водорода на плотность и очищение изделия теряется, если они составляют более 90% - наблюдается растрескивание сырых заготовок. Использование порошка В с высоким содержанием водорода (2,0-3,9 мас.%) является важным фактором для достижения высокой плотности изделий независимо от давления формования и содействует водородной очистке порошков. Содержание водорода в титане не может превышать 3,9 мас.% в соответствии с диаграммой состояния титан-водород, а при содержании водорода менее 2,0 мас.% теряется позитивное влияние водорода на улучшение плотности и очистку материала. С другой стороны, использование в смеси гидрированного порошка А с малым содержанием водорода (0,2-1,0 мас.%) необходимо для достаточной прочности сырых заготовок, что важно при сложной форме изделий (отверстия, тонкие стенки, и т.п.), а также для уменьшения усадки изделий при спекании. При содержании водорода более 1 мас.% прочность сырых заготовок недостаточная, а при содержании водорода менее 0,2 мас.% не обеспечивается достаточная плотность конечных изделий.One of the variants of the invention is the use as a basis for mixtures of 10-90% hydrogenated titanium powder, consisting of two powders A and B with different hydrogen contents. This allows you to vary the preparation of the mixture by adjusting the strength of the raw billets and preventing them from cracking, to improve the sintering process and to regulate the shrinkage during sintering of the billets, i.e. control the dimensional stability of the final sintered products. In addition, the use of a reduced concentration of hydrogen in titanium is economically attractive because it reduces the cost of hydrogenation. If the hydrogenated powders A and B together make up less than 10% of the total mass of the mixture, then the positive effect of hydrogen on the density and cleaning of the product is lost, if they make up more than 90%, cracking of the crude workpieces is observed. The use of powder B with a high hydrogen content (2.0-3.9 wt.%) Is an important factor for achieving a high density of products regardless of the molding pressure and promotes hydrogen purification of the powders. The hydrogen content in titanium cannot exceed 3.9 wt.% In accordance with the titanium-hydrogen state diagram, and when the hydrogen content is less than 2.0 wt.%, The positive effect of hydrogen on improving the density and purification of the material is lost. On the other hand, the use of hydrogenated powder A in a mixture with a low hydrogen content (0.2-1.0 wt.%) Is necessary for the sufficient strength of the raw workpieces, which is important for the complex shape of the products (holes, thin walls, etc. ), as well as to reduce shrinkage of products during sintering. When the hydrogen content is more than 1 wt.%, The strength of the raw billets is insufficient, and when the hydrogen content is less than 0.2 wt.%, A sufficient density of the final products is not provided.
При использовании в смеси более 90 мас.% стандартного титанового порошка теряется не только позитивное влияние водорода на очистку и плотность, но и экономический эффект. Легирующие порошки составляют 5,0-50 мас.% от массы смеси, поскольку при содержании легирующих порошков более 50 мас.% титан перестает быть основой смеси, а при содержании легирующих порошков менее 5,0 мас.% химический состав конечного сплава не соответствует составу практически используемых стандартных титановых сплавов.When using a mixture of more than 90 wt.% Standard titanium powder, not only the positive effect of hydrogen on cleaning and density is lost, but also the economic effect. Alloying powders account for 5.0-50 wt.% By weight of the mixture, since with a content of alloying powders of more than 50 wt.% Titanium ceases to be the basis of the mixture, and with a content of alloying powders of less than 5.0 wt.%, The chemical composition of the final alloy does not correspond to the composition practically used standard titanium alloys.
Соотношение размеров порошков титана, гидрированных порошков титана и легирующих порошков в стартовой смеси также играет важную роль. С одной стороны, размер частиц порошков титановой основы и легирующих порошков должен быть наименьшим для быстрого достижения химической однородности сплава и его высокой плотности. Но чем меньше размер частиц, тем больше порошковая смесь загрязняется примесями в процессе ее изготовления и обработки. Соотношение размеров порошков титана, гидрированного титана и легирующих порошков должно быть в пределах 1:(0,5-2,0):(0,01-0,7), поскольку при меньшем размере гидрированных и легирующих порошков сплав чрезмерно загрязнен примесями (кислород, железо и др.), а при большем не достигается химическая однородность, необходимый уровень плотности и механических свойств.The ratio of the sizes of titanium powders, hydrogenated titanium powders and alloying powders in the starting mixture also plays an important role. On the one hand, the particle size of titanium base powders and alloying powders should be the smallest in order to quickly achieve chemical uniformity of the alloy and its high density. But the smaller the particle size, the more the powder mixture is contaminated with impurities during its manufacture and processing. The ratio of the sizes of titanium powders, hydrogenated titanium and alloying powders should be within the range of 1: (0.5-2.0) :( 0.01-0.7), since with a smaller size of hydrogenated and alloying powders, the alloy is excessively contaminated with impurities (oxygen , iron, etc.), and with greater chemical homogeneity, the necessary level of density and mechanical properties are not achieved.
Установлено, что титановый порошок должен иметь размеры частиц менее 500 мкм, поскольку при большем размере необходимая плотность и гомогенность сплава не достигаются. Смесь гидрированных порошков титана должна содержать порошок В с 3,9 мас.% водорода и с размерами частиц менее 250 мкм, в то же время порошок А в смеси должен иметь менее 1,0 мас.% водорода при размере частиц менее 100 мкм. При размере частиц порошков А и В больших, чем указанные, необходимая плотность изделий не достигается. Легирующий порошок, содержащий 60 мас.% алюминия и 40 мас.% ванадия, должен иметь размеры частиц менее 70 мкм, поскольку при больших размерах частиц материал конечных изделий химически неоднородный и имеет недостаточную плотность. Указанные размеры стартовых порошков являются оптимальными, поскольку обеспечивают быстрое достижение химической однородности сплава при высокой плотности и малом содержании примесей, что и обеспечивает улучшенные механические свойства.It was found that titanium powder should have a particle size of less than 500 microns, since with a larger size, the required density and homogeneity of the alloy are not achieved. The mixture of hydrogenated titanium powders should contain a powder B with 3.9 wt.% Hydrogen and with a particle size of less than 250 microns, at the same time, the powder A in the mixture should have less than 1.0 wt.% Hydrogen with a particle size of less than 100 microns. When the particle size of the powders A and B is larger than those indicated, the required density of the products is not achieved. An alloying powder containing 60 wt.% Aluminum and 40 wt.% Vanadium should have a particle size of less than 70 μm, since with large particle sizes the material of the final products is chemically inhomogeneous and has insufficient density. The indicated sizes of starting powders are optimal, since they ensure the rapid achievement of chemical uniformity of the alloy at high density and low impurity content, which ensures improved mechanical properties.
Формование порошков при комнатной температуре в заготовки, соответствующие по форме конечным изделиям и имеющие относительную плотность не менее 60%, производится при давлениях 400-960 МПа. В зависимости от формы изделий могут быть использованы различные методы формования: прямая прокатка порошков для получения листов и плит, формование в пресс-формах и холодное изостатическое прессование для получения изделий достаточно простых геометрических форм, а также инжекционное формование для получения изделий сложной геометрической формы. При относительной плотности заготовок менее 60% их прочность недостаточная и не достигается необходимая плотность послеThe molding of powders at room temperature into preforms corresponding in shape to the final products and having a relative density of at least 60% is performed at pressures of 400–960 MPa. Depending on the shape of the products, various molding methods can be used: direct rolling of powders to produce sheets and plates, molding in molds and cold isostatic pressing to obtain products of sufficiently simple geometric shapes, as well as injection molding to obtain products of complex geometric shapes. When the relative density of the blanks is less than 60%, their strength is insufficient and the required density is not achieved after
- 4 018035 спекания. Давление меньше 400 МПа является недостаточным для формования, и заготовка разрушается. С другой стороны, при давлении более 960 МПа заготовки растрескиваются. Под действием указанных давлений формования (400-960 МПа) происходит дополнительное измельчение частиц гидрированного титана на дисперсные фрагменты, это способствует образованию однородной системы мелких пор, которые лучше залечиваются во время последующего нагревания, содействуя, таким образом, повышенной плотности конечного изделия.- 4 018035 sintering. A pressure of less than 400 MPa is insufficient for molding, and the workpiece is destroyed. On the other hand, at a pressure of more than 960 MPa, the preforms crack. Under the influence of the indicated molding pressures (400–960 MPa), the hydrogenated titanium particles are further crushed into dispersed fragments, this contributes to the formation of a uniform system of small pores that are better healed during subsequent heating, thus contributing to an increased density of the final product.
Использование порошка гидрированного (по меньшей мере, частично) титана в качестве порошка основы вместо только традиционного титанового порошка обеспечивает ускоренное формирование фаз и активацию спекания заготовок. Гидрированный титан при нагреве в вакууме распадается в интервале температур 300-900°С с выделением водорода, это ведет к образованию титана с высокой плотностью дефектов кристаллической структуры, что содействует развитию диффузионных процессов, которые и определяют формирование однородного сплава с высокой плотностью.The use of hydrogenated (at least partially) titanium powder as a base powder instead of only traditional titanium powder provides accelerated phase formation and activation of sintering of billets. Hydrogenated titanium, when heated in a vacuum, decomposes in the temperature range 300-900 ° С with hydrogen evolution, this leads to the formation of titanium with a high density of defects in the crystal structure, which contributes to the development of diffusion processes that determine the formation of a homogeneous alloy with a high density.
Атомарный водород, который выделяется при этом, полезен для улучшения кинетики спекания, восстановления оксидов и хлоридов, которые, как правило, содержатся на поверхностях порошковых частиц, и, таким образом, очищения межчастичных контактов. Это ускоряет диффузию между компонентами порошковой смеси. Для того чтобы реализовать этот положительный эффект, необходимо иметь высокую концентрацию водорода в порошковых заготовках и обеспечить постепенный выход водорода из кристаллической решетки титана в процессе нагрева до 900°С, что достигается нагревом и выдержкой не менее 30 мин в атмосфере выделяющегося водорода. Высокое давление водорода в камере препятствует резкому снижению концентрации водорода, растворенного в титане, что обычно происходит при нагреве до температур спекания. Выдержка при температуре ниже 300°С нецелесообразна, поскольку при этих температурах не выделяется водород и не происходит очистка материала от магния и хлора, содержащихся в недосепарированном порошке титана. При выдержке порошковых заготовок менее 30 мин достаточного очищения не происходит. Выше 900°С выделение водорода завершается, поэтому выдержка при этих температурах не дает положительного влияния на чистоту материала.Atomic hydrogen, which is released in this case, is useful for improving the kinetics of sintering, the reduction of oxides and chlorides, which, as a rule, are contained on the surfaces of powder particles, and thus the purification of interparticle contacts. This accelerates the diffusion between the components of the powder mixture. In order to realize this positive effect, it is necessary to have a high concentration of hydrogen in the powder preforms and to ensure a gradual release of hydrogen from the titanium crystal lattice during heating to 900 ° C, which is achieved by heating and holding for at least 30 minutes in the atmosphere of hydrogen evolved. The high pressure of hydrogen in the chamber prevents a sharp decrease in the concentration of hydrogen dissolved in titanium, which usually occurs when heated to sintering temperatures. Exposure at a temperature below 300 ° C is impractical, since at these temperatures hydrogen is not released and the material does not purify from magnesium and chlorine contained in the unseparated titanium powder. When holding powder blanks for less than 30 minutes, sufficient purification does not occur. Above 900 ° C, the evolution of hydrogen is completed, therefore exposure at these temperatures does not have a positive effect on the purity of the material.
Дальнейший нагрев и спекание проводят при откачивании водорода из камеры спекания для достижения начального уровня вакуума. Это полностью удаляет водород из металла, также на этих стадиях происходит превращение многофазной порошковой смеси в химически гомогенный массивный сплав. Таким образом, положительное влияние водорода используется на стадии нагрева, но водород не должен присутствовать в вакуумной камере на последних стадиях спекания, чтобы исключить его отрицательное влияние на свойства спеченного сплава и достичь улучшенного комплекса механических свойств. Отсутствие водорода в конечном титановом сплаве исключает деградацию его механических свойств, а именно, появление водородной хрупкости.Further heating and sintering is carried out when pumping hydrogen from the sintering chamber to achieve an initial vacuum level. This completely removes hydrogen from the metal, and at these stages, the multiphase powder mixture is converted into a chemically homogeneous massive alloy. Thus, the positive effect of hydrogen is used at the heating stage, but hydrogen should not be present in the vacuum chamber at the last stages of sintering in order to exclude its negative effect on the properties of the sintered alloy and to achieve an improved complex of mechanical properties. The absence of hydrogen in the final titanium alloy eliminates the degradation of its mechanical properties, namely, the appearance of hydrogen embrittlement.
Спекание происходит при температурах 1000-1350°С (однофазная β-область титана) в течение не менее 30 мин. При меньших температурах и меньшем времени выдержки материал получается химически неоднородным и с недостаточной плотностью, а соответственно с низкими механическими свойствами. Повышение температуры выше 1350°С является нецелесообразным, поскольку приводит к значительному росту зерна в полученных сплавах и снижает экономическую эффективность процесса.Sintering occurs at temperatures of 1000–1350 ° С (single-phase β-region of titanium) for at least 30 minutes. At lower temperatures and a shorter holding time, the material is chemically heterogeneous and of insufficient density, and, accordingly, with low mechanical properties. An increase in temperature above 1350 ° C is impractical because it leads to a significant increase in grain in the resulting alloys and reduces the economic efficiency of the process.
Данный способ позволяет получать изделия, материал которых - химически однородные титановые сплавы с высокой относительной плотностью и механическими свойствами, не уступающими свойствам литых и деформированных сплавов.This method allows to obtain products whose material is chemically homogeneous titanium alloys with high relative density and mechanical properties that are not inferior to the properties of cast and deformed alloys.
Пример 1.Example 1
В соответствии с изобретением, стартовая порошковая смесь содержала 60 мас.% гидрированного порошка титана (3,8 мас.% водорода, размер частиц менее 120 мкм); 30 мас.% порошка недосепарированного титана (0,9 мас.% хлора и 0,8 мас.% магния, размер частиц менее 100 мкм); 10 мас.% лигатуры 60Л1-40У (размер частиц менее 65 мкм). Эти порошки смешивали и прессовали в пресс-форме при 600 МПа в заготовки с относительной плотностью 74%.In accordance with the invention, the starting powder mixture contained 60 wt.% Hydrogenated titanium powder (3.8 wt.% Hydrogen, particle size less than 120 microns); 30 wt.% Powder of unseparated titanium (0.9 wt.% Chlorine and 0.8 wt.% Magnesium, particle size less than 100 microns); 10 wt.% Ligatures 60L1-40U (particle size less than 65 microns). These powders were mixed and pressed in a mold at 600 MPa into blanks with a relative density of 74%.
Заготовки нагревали в вакууме 10-2 Па до 1350°С. При этих температурах не образовывалось жидких фаз. Во время нагрева заготовки выдерживали 60 мин при 350° С, а давление в камере повышали до 104 Па в интервале температур 350-900°С за счет водорода, выделяющегося из порошка гидрированного титана. Давление в камере постепенно снижали до 10-2 Па при дальнейшем нагревании выше 900°С. После этого заготовки спекали 4 ч при 1350°С. Полученные изделия исследовали с помощью микроструктурного, рентгеновского и микрорентгеноспектрального анализа. Полученный материал является химически и микроструктурно однородным сплавом Т1-6Л1-4У. Его относительная плотность 98,8%, предел прочности при растяжении 960 МРа, удлинение 11%.The blanks were heated in a vacuum of 10 -2 Pa to 1350 ° C. At these temperatures, no liquid phases formed. During heating, the preforms were held for 60 min at 350 ° C, and the pressure in the chamber was increased to 10 4 Pa in the temperature range 350-900 ° C due to the hydrogen released from the hydrogenated titanium powder. The pressure in the chamber was gradually reduced to 10 -2 Pa with further heating above 900 ° C. After this, the preforms were sintered for 4 hours at 1350 ° C. The resulting products were investigated using microstructural, x-ray and X-ray spectral analysis. The resulting material is a chemically and microstructurally homogeneous alloy T1-6L1-4U. Its relative density is 98.8%, tensile strength 960 MPa, elongation 11%.
Пример 2.Example 2
Стартовая порошковая смесь состояла из 50 мас.% порошка гидрированного титана (содержание водорода 3,8 мас.%, размер частиц менее 100 мкм); 40 мас.% порошка гидрированного титана (содержание водорода 1,0 мас.%, размер частиц менее 40 мкм); 10 мас.% лигатуры 60А1-40У с размером частиц 40 мкм. Эти порошки смешивали и прессовали при 420 МПа в заготовки с относительной плотностью 76%.The starting powder mixture consisted of 50 wt.% Hydrogenated titanium powder (hydrogen content 3.8 wt.%, Particle size less than 100 microns); 40 wt.% Powder of hydrogenated titanium (hydrogen content of 1.0 wt.%, Particle size less than 40 microns); 10 wt.% Ligatures 60A1-40U with a particle size of 40 microns. These powders were mixed and pressed at 420 MPa into preforms with a relative density of 76%.
Заготовки нагревали в вакууме 10-2 Па до 1250°С. Во время нагрева давление в камере повышали доThe blanks were heated in a vacuum of 10 -2 Pa to 1250 ° C. During heating, the pressure in the chamber was increased to
- 5 018035- 5 018035
104 Па в течение 30 мин в температурном интервале 300-900°С за счет водорода, выделяющегося из гидрированного титана. Давление в камере постепенно снижали до 10-2 Па при нагреве выше 900°С, потом заготовки спекали при 1250°С в течение 4 ч. Полученные изделия исследовали с помощью микроструктурного, рентгеновского и микрорентгеноспектрального анализа. Полученный материал является химически и микроструктурно однородным сплавом Т1-6Л1-4У с относительной плотностью 99%, пределом прочности при растяжении 950 МПа и удлинением 12%.10 4 Pa for 30 min in the temperature range of 300-900 ° C due to hydrogen released from hydrogenated titanium. The pressure in the chamber was gradually reduced to 10 -2 Pa when heated above 900 ° C, then the preforms were sintered at 1250 ° C for 4 hours. The resulting products were examined using microstructural, X-ray and X-ray spectral analysis. The resulting material is a chemically and microstructurally homogeneous T1-6L1-4U alloy with a relative density of 99%, a tensile strength of 950 MPa and an elongation of 12%.
Пример 3.Example 3
Стартовая порошковая смесь содержала 60 мас.% порошка гидрированного титана (3,7 мас.% водорода, размер частиц менее 160 мкм); 30 мас.% стандартного порошка титана (размер частиц менее 100 мкм); 10 мас.% лигатуры 60А1-40У (размер частиц менее 65 мкм). Эти порошки смешивали и формовали методом холодного изостатического прессования при 400 МПа в заготовки необходимой формы с относительной плотностью 70%, которые нагревали до 1250°С для спекания.The starting powder mixture contained 60 wt.% Hydrogenated titanium powder (3.7 wt.% Hydrogen, particle size less than 160 microns); 30 wt.% Standard titanium powder (particle size less than 100 microns); 10 wt.% Ligatures 60A1-40U (particle size less than 65 microns). These powders were mixed and formed by cold isostatic pressing at 400 MPa into preforms of the required shape with a relative density of 70%, which were heated to 1250 ° C for sintering.
Заготовки нагревали до 400°С в вакууме 10-2 Па, а в интервале температур 400-900°С в течение 30 мин - в атмосфере водорода, выделяющегося при распаде гидрированного титана, под давлением до 104 Па. Давление в камере постепенно снижали до 10-2 Па при нагреве выше 900°С. Заготовки спекали в течение 6 ч при 1250° С, при этом не образовывалось никаких жидких фаз. Полученный материал является химически и микроструктурно однородным сплавом Т1-6А1-4У с относительной плотностью 98,6%, пределом прочности при растяжении 950 МПа и удлинением 10%.The billets were heated to 400 ° C in a vacuum of 10 -2 Pa, and in the temperature range 400-900 ° C for 30 minutes in an atmosphere of hydrogen released during the decomposition of hydrogenated titanium, under a pressure of up to 10 4 Pa. The pressure in the chamber was gradually reduced to 10 -2 Pa when heated above 900 ° C. The preforms were sintered for 6 hours at 1250 ° C, and no liquid phases formed. The resulting material is a chemically and microstructurally homogeneous T1-6A1-4U alloy with a relative density of 98.6%, a tensile strength of 950 MPa and an elongation of 10%.
Пример 4.Example 4
Стартовая порошковая смесь содержала 80 мас.% порошка гидрированного титана (3,9 мас.% водорода, размер частиц менее 100 мкм); 10 мас.% порошка недосепарированного титана (1,7% хлора и 1,5% магния, размер частиц менее 100 мкм); 10 мас.% лигатуры 60А1-40У (размер частиц менее 65 мкм). Порошки смешивали и формовали в пресс-формах при давлении 750 МПа в заготовки с относительной плотностью 76%.The starting powder mixture contained 80 wt.% Hydrogenated titanium powder (3.9 wt.% Hydrogen, particle size less than 100 microns); 10 wt.% Powder of unseparated titanium (1.7% chlorine and 1.5% magnesium, particle size less than 100 microns); 10 wt.% Ligatures 60A1-40U (particle size less than 65 microns). The powders were mixed and molded in molds at a pressure of 750 MPa into blanks with a relative density of 76%.
Заготовки во время нагрева в вакуумной печи выдерживали 30 мин при 300°С, затем нагревали до 1350°С, при этой температуре жидкие фазы не образуются. Во время нагрева давление в камере повышали до 104 Па в интервале температур 300-900°С за счет водорода, выделяющегося при распаде гидрированного титана, а затем постепенно снижали до 10-2 Па при нагреве выше 900°С. Заготовки спекали при 1350°С в течение 4 ч. Материал полученных изделий по данным рентгеновского, микроструктурного и микрорентгеноспектрального анализов является химически и микроструктурно однородным сплавом Т16А1-4У. Плотность сплава 98.9%, предел прочности при растяжении - 960 МПа, удлинение - 10.6%.The preforms during heating in a vacuum oven were held for 30 min at 300 ° C, then heated to 1350 ° C, at this temperature no liquid phases formed. During heating, the pressure in the chamber was increased to 10 4 Pa in the temperature range 300-900 ° C due to the hydrogen released during the decay of hydrogenated titanium, and then gradually reduced to 10 -2 Pa when heated above 900 ° C. The billets were sintered at 1350 ° С for 4 h. The material of the obtained products according to X-ray, microstructural, and X-ray spectral analyzes is a chemically and microstructurally homogeneous T16A1-4U alloy. The density of the alloy is 98.9%, the tensile strength is 960 MPa, and the elongation is 10.6%.
Предложенный способ может быть использован как в лабораторных, так и в промышленных условиях для получения изделий из титановых сплавов.The proposed method can be used both in laboratory and in industrial conditions to obtain products from titanium alloys.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA200901219A EA018035B1 (en) | 2009-10-07 | 2009-10-07 | Method for manufacturing articles from titanium alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA200901219A EA018035B1 (en) | 2009-10-07 | 2009-10-07 | Method for manufacturing articles from titanium alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200901219A1 EA200901219A1 (en) | 2011-04-29 |
| EA018035B1 true EA018035B1 (en) | 2013-05-30 |
Family
ID=44356305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200901219A EA018035B1 (en) | 2009-10-07 | 2009-10-07 | Method for manufacturing articles from titanium alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA018035B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2711395C2 (en) * | 2015-07-06 | 2020-01-17 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method of heat treatment of workpiece from titanium alloy powder |
| RU2746657C1 (en) * | 2020-10-13 | 2021-04-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук (ИФВД РАН) | Method for producing high-density press workpieces with dispersed grains in powder metallurgy of metal-ceramic, mineral-ceramic and refractory alloys |
| RU2754672C1 (en) * | 2020-10-26 | 2021-09-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method for processing a powdered titanium material |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9816157B2 (en) | 2011-04-26 | 2017-11-14 | University Of Utah Research Foundation | Powder metallurgy methods for the production of fine and ultrafine grain Ti and Ti alloys |
| RU2529131C1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук (ИМАШ УрО РАН) | Method to produce titanium blanks |
| CN113953516B (en) * | 2021-09-15 | 2023-04-18 | 北京科技大学 | Powder filling sintering repair method for surface defects of titanium or titanium alloy parts |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2016114C1 (en) * | 1991-05-24 | 1994-07-15 | Троицкий Вадим Николаевич | Caked alloy on titanium-base, and a method of its making |
| RU2026154C1 (en) * | 1991-06-26 | 1995-01-09 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of producing sintered porous products in titanium or zirconium |
| US6010661A (en) * | 1999-03-11 | 2000-01-04 | Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology | Method for producing hydrogen-containing sponge titanium, a hydrogen containing titanium-aluminum-based alloy powder and its method of production, and a titanium-aluminum-based alloy sinter and its method of production |
| WO2000006327A2 (en) * | 1998-07-29 | 2000-02-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing components by metallic powder injection moulding |
| UA70366C2 (en) * | 2001-11-23 | 2004-10-15 | Orest Mykhailovych I Ivasyshyn | Method for production of articles of titanium alloys |
| CN1718788A (en) * | 2005-06-17 | 2006-01-11 | 遵义钛业股份有限公司 | Method of producing sponge titanium by using titanium hydride powder titanizing in new reactor |
| CN101524754A (en) * | 2009-04-17 | 2009-09-09 | 中南大学 | Rapid thermal pressed sintering molding process for titanium-aluminum alloy targets |
-
2009
- 2009-10-07 EA EA200901219A patent/EA018035B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2016114C1 (en) * | 1991-05-24 | 1994-07-15 | Троицкий Вадим Николаевич | Caked alloy on titanium-base, and a method of its making |
| RU2026154C1 (en) * | 1991-06-26 | 1995-01-09 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of producing sintered porous products in titanium or zirconium |
| WO2000006327A2 (en) * | 1998-07-29 | 2000-02-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing components by metallic powder injection moulding |
| US6010661A (en) * | 1999-03-11 | 2000-01-04 | Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology | Method for producing hydrogen-containing sponge titanium, a hydrogen containing titanium-aluminum-based alloy powder and its method of production, and a titanium-aluminum-based alloy sinter and its method of production |
| UA70366C2 (en) * | 2001-11-23 | 2004-10-15 | Orest Mykhailovych I Ivasyshyn | Method for production of articles of titanium alloys |
| CN1718788A (en) * | 2005-06-17 | 2006-01-11 | 遵义钛业股份有限公司 | Method of producing sponge titanium by using titanium hydride powder titanizing in new reactor |
| CN101524754A (en) * | 2009-04-17 | 2009-09-09 | 中南大学 | Rapid thermal pressed sintering molding process for titanium-aluminum alloy targets |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2711395C2 (en) * | 2015-07-06 | 2020-01-17 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method of heat treatment of workpiece from titanium alloy powder |
| RU2746657C1 (en) * | 2020-10-13 | 2021-04-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук (ИФВД РАН) | Method for producing high-density press workpieces with dispersed grains in powder metallurgy of metal-ceramic, mineral-ceramic and refractory alloys |
| RU2754672C1 (en) * | 2020-10-26 | 2021-09-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method for processing a powdered titanium material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA200901219A1 (en) | 2011-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7993577B2 (en) | Cost-effective titanium alloy powder compositions and method for manufacturing flat or shaped articles from these powders | |
| US8920712B2 (en) | Manufacture of near-net shape titanium alloy articles from metal powders by sintering with presence of atomic hydrogen | |
| Ivasishin et al. | Cost-effective blended elemental powder metallurgy of titanium alloys for transportation application | |
| JP5889786B2 (en) | Titanium alloy mixed powder blended with copper powder, chromium powder or iron powder, method for producing the same, and method for producing titanium alloy material | |
| US9777347B2 (en) | Manufacture of near-net shape titanium alloy articles from metal powders by sintering with presence of atomic hydrogen | |
| WO2011152359A1 (en) | Titanium alloy composite powder containing ceramics and manufacturing method thereof, and densified titanium alloy and manufacturing method thereof using the same | |
| Konstantinov et al. | Ti-B-based composite materials: Properties, basic fabrication methods, and fields of application | |
| EA018035B1 (en) | Method for manufacturing articles from titanium alloys | |
| US20160243617A1 (en) | Manufacture of near-net shape titanium alloy articles from metal powders by sintering with presence of atomic hydrogen | |
| US20130315773A1 (en) | Method of Manufacturing Pure Titanium Hydride Powder and Alloyed Titanium Hydride Powders By Combined Hydrogen-Magnesium Reduction of Metal Halides | |
| WO2012148471A1 (en) | Powder metallurgy methods for the production of fine and ultrafine grain ti, and ti alloys | |
| US20190118255A1 (en) | Aluminum Alloy Powder Metal With Transition Elements | |
| Bayode et al. | Densification and micro-structural characteristics of spark plasma sintered Ti-Zr-Ta powders | |
| JP6538713B2 (en) | Aluminum alloy powder metal formulations containing silicon additives to improve mechanical properties | |
| EA035488B1 (en) | Method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide | |
| JP5759426B2 (en) | Titanium alloy and manufacturing method thereof | |
| US20090311123A1 (en) | Method for producing metal alloy and intermetallic products | |
| WO2013022531A1 (en) | Manufacture of near-net shape titanium alloy articles from metal powders by sintering with presence of atomic hydrogen | |
| Gülsoy et al. | Injection molding of mechanical alloyed Ti–Fe–Zr powder | |
| JP2019516021A (en) | Manufacturing method using powder metallurgy of a member composed of titanium or titanium alloy | |
| RU2632047C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING POWDER ALLOY TiNi WITH HIGH LEVEL OF MECHANICAL PROPERTIES | |
| JPH0635602B2 (en) | Manufacturing method of aluminum alloy sintered forgings | |
| RU2624562C1 (en) | METHOD OF PRODUCING BILLETS FROM ALLOYS BASED ON INTERMETALLIDES OF Nb-Al SYSTEM | |
| MXPA04007104A (en) | Stabilized grain size refractory metal powder metallurgy mill products. | |
| RU2792355C1 (en) | Method for obtaining blanks of superelastic titanium alloys for medical purpose |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY KZ RU |