專利名稱：制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品的粉末冶金方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈦合金制品的制備方法，特別是一種制備高密 度復(fù)雜形狀鈦合金制品的粉末冶金方法.
背景技術(shù)：
當(dāng)前，高密度復(fù)雜形狀的鈦合金制品，如高爾夫球桿頭、 發(fā)動機渦輪葉片、口腔醫(yī)用工具、眼鏡架以及汽車雨刮器等，通常采用鑄 造以及后續(xù)多次機加工、熱加工和熱處理等一系列工藝方法制備。這種方 法具有工藝復(fù)雜，能耗大，原材料利用率不高，以及成材率低等缺點，同 時鈦合金本身具有難加工性，由此造成高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品的高成 本。采用粉末冶金方法制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品，目前國內(nèi)無相關(guān) 公開報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在向高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品材料中引入粉末 冶金鈦合金，提供一種采用金屬粉末為原料，通過粉末冶金工藝制備高密 度復(fù)雜形狀鈦合金制品的一種方法，以降低當(dāng)前鈦合金制品的高成本。本發(fā)明采用以下方案采用一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉 末為原料，經(jīng)粉末冶金工藝制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品，其具體工藝 路線為原料粉末粒度配比及成份配比一混料一壓制成形一燒結(jié)一燒結(jié)后 淬火一鍛造及熱處理。采用具有一定粒度配比的Ti粉，以及一定成分范圍 的添加粉末為原料；將Ti粉和添加粉末進行混料，得到混合粉末；采用冷 壓成形方式，將混合粉末制成粉末生坯；在燒結(jié)過程中，采用以中低溫快速升溫和高溫慢速升溫為主的多階段加熱工藝；加熱工藝完成后立即進行 淬火處理，制備Ti合金燒結(jié)坯；隨后，通過鍛造和后序退火工藝制備最終 高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品。其中，Ti粉的粒度配比為粒度為-100目 +250目的鈦粉占70wt。/。 90wt。/。，粒度為-250目 +400目的鈦粉占10wt% 30wt%;添加粉末中各元素占混合粉末的比例分別為Al元素占3 wt% 7wt%， V元素占2 wt% 5wt%， Fe元素占0 3wt%， Mo元素占0 2wt%;采 用壓制壓力在350MPa 800MPa范圍內(nèi)的模壓方式進行粉末成形；采用多階 段燒結(jié)工藝對粉末成形坯進行惰性氣氛保護或真空無壓燒結(jié)，加熱工藝完 成后立即進行淬火處理；隨后，將Ti合金燒結(jié)坯進行鍛造溫度為900°C IIO(TC，總變形量為40% 90%的等溫鍛造或普通模鍛，以及溫度為700°C 900°C，保溫時間為1 4小時的退火工藝，最終得到高密度復(fù)雜形狀鈦合金帝lj品o多階段燒結(jié)工藝中，首先將成形坯體在80。C 20(TC的低溫階段保溫 10分鐘 2小時，隨后以5 20°C/min的升溫速率加熱至800°C 950°C， 再以l 5°C/min的升溫速率加熱至1200°C 1350°C，并在最終溫度保溫 2 7小時，隨后立即淬火，淬火介質(zhì)采用水或油。燒結(jié)氣氛采用惰性氣氛 保護；或者真空，真空度為1X1(T 1X10—4Pa.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1. 采用粉末冶金工藝制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品，由于粉末冶金 工藝具有近凈成型和成分易控等典型特點，容易實現(xiàn)合金化，同時對原材 料的利用率達到95%以上，節(jié)約了原料成本。2. 在粉末冶金工藝制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品過程中，高密度復(fù) 雜形狀鈦合金制品的基本形狀在粉末成形階段即可實現(xiàn)，避免了現(xiàn)有技術(shù)對難加工Ti合金的機加工過程，縮短了工藝流程，并節(jié)約了材料的加工成 本。3.相比于現(xiàn)有技術(shù)，粉末冶金工藝避免了Ti合金的鑄造階段，同時所 制備材料的組織細小均勻，避免了現(xiàn)有技術(shù)對鑄造Ti合金的開坯階段，大 大降低了生產(chǎn)能耗。
具體實施例方式將一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 進行混合，其中，鈦粉的粒度配比為-100目 +150目鈦粉占84wt呢，-325 目鈦粉占16wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al元素 占6wt。/。， V元素占4wt。/Q， Fe元素占0wt。/。， Mo元素占0wt。/。?；旌暇鶆蚝螅?采用壓制壓力為500MPa的雙向模壓方式進行粉末成形。在隨后的多階段燒 結(jié)工藝中，首先將成形坯體在12(TC的低溫階段保溫30分鐘，隨后以1(TC /min的升溫速率加熱至850°C，再以2°C/min的升溫速率加熱至1260°C， 并保溫5小時。燒結(jié)氣氛為真空，真空度控制在1X10—2 lX103Pa。保溫 結(jié)束后采用水淬方式立即淬火。隨后，將Ti合金燒結(jié)坯進行鍛造溫度為950 °C，總變形量為70%的等溫鍛造，以及溫度為80(TC，保溫時間為2小時的 退火工藝，最終得到高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品。實施例2采用一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉 末進行混合，其中，鈦粉的粒度配比為-150目 +250目鈦粉占73wt呢， -250 +400目鈦粉占27wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別 為Al元素占4.5wt%， V元素占3wt。/。， Fe元素占2wt。/。， Mo元素占lwto/0?；旌暇鶆蚝?，采用壓制壓力為400MPa的冷等靜壓方式進行粉末成形。在隨 后的多階段燒結(jié)工藝中，首先將成形坯體在IO(TC的低溫階段保溫1小時， 隨后以15°C/min的升溫速率加熱至900°C，再以4°C/min的升溫速率加熱 至132(TC，并保溫4小時。燒結(jié)氣氛為氬氣保護。保溫結(jié)束后采用油淬方 式立即淬火。隨后，將Ti合金燒結(jié)坯進行鍛造溫度為IOO(TC，總變形量為 60%的普通模鍛，以及溫度為750。C，保溫時間為3小時的退火工藝，最終 得到高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品。 實施例3將一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 進行混合，其中，鈦粉的粒度配比為-100目 +200目鈦粉占71wt。/。， -250 目鈦粉占29wt。/。；添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al元素 占3wt。/。， V元素占2wt96， Fe元素占O. 4wt%， Mo元素占O. 3wt%?；旌暇鶆?后，采用壓制壓力為400MPa的浮動陰模單向模壓方式進行粉末成形。在隨 后的多階段燒結(jié)工藝中，首先將成形坯體在9(TC的低溫階段保溫2小時， 隨后以20°C/min的升溫速率加熱至800°C，再以3°C/min的升溫速率加熱 至120(TC，并保溫7小時。燒結(jié)氣氛為真空，真空度控制在1X1(T2 1X 10—3Pa.保溫結(jié)束后采用水淬方式立即淬火。隨后，將Ti合金燒結(jié)坯進行鍛 造溫度為90(TC，總變形量為90%的等溫鍛造，以及溫度為820'C，保溫時 間為2小時的退火工藝，最終得到高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品。實施例4將一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 進行混合，其中，鈦粉的粒度配比為:-150目 +200目鈦粉占82wt。/。，-300 +400目鈦粉占18wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al元素占7wt。/。， V元素占5wt。/d， Fe元素占2.8wty。， Mo元素占1.7wty。?；旌?均勻后，采用壓制壓力為800MPa的浮動陰模雙向模壓方式進行粉末成形。 在隨后的多階段燒結(jié)工藝中，首先將成形坯體在20(TC的低溫階段保溫10 分鐘，隨后以5'C/min的升溫速率加熱至88(TC，再以TC/min的升溫速率 加熱至135(TC，并保溫2小時。燒結(jié)氣氛為氬氣保護。保溫結(jié)束后采用油 淬方式立即淬火，隨后，將Ti合金燒結(jié)坯進行鍛造溫度為98(TC，總變形 量為85%的普通模鍛，以及溫度為78(TC，保溫時間為3小時的退火工藝， 最終得到高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品。
權(quán)利要求
1.一種制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品的粉末冶金方法，它是一種采用Ti粉，以及含有Al、V、Fe和Mo元素的添加粉末為原料，經(jīng)過粉末冶金工藝制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品的技術(shù)，其基本工藝路線為原料粉末粒度配比及成份配比→混料→壓制成形→燒結(jié)→燒結(jié)后淬火→鍛造及熱處理，其特征在于將一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、V、Fe和Mo元素的添加粉末進行混合，得到混合粉末；采用冷壓成形方式，將混合粉末制成粉末生坯；在燒結(jié)過程中，采用以中低溫快速升溫和高溫慢速升溫為主的多階段加熱工藝；加熱工藝完成后立即進行淬火處理，制備Ti合金燒結(jié)坯；隨后，通過鍛造和后序退火工藝制備最終高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品的粉末 冶金方法，其特征在于Ti粉的粒度配比為粒度為-100目 +250目 的鈦粉占70wt。/。 90wt。/。，粒度為-250目 +400目的鈦粉占10wt°/o 30wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al元素占 3wt% 7wt%， V元素占2wt% 5wt%， Fe元素占0 3wt。/。， Mo元素 占0 2wt%。
3. 據(jù)據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品的粉末 冶金方法，其特征在于采用單向模壓、雙向模壓、浮動陰模壓制方 式或者冷等靜壓等冷壓成形方式進行粉末成形，其中壓制壓力控制在 350MPa 800MPa范圍內(nèi)。
4. 據(jù)據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品的粉末 冶金方法，其特征在于在多階段燒結(jié)工藝中，首先將成形坯體在80。C 200。C的低溫階段保溫10分鐘 2小時，隨后以5 20°C/min的升 溫速率加熱至800°C 950°C，再以1 5"/mim升溫速率加熱至1200 °C 1350°C，并在最終溫度保溫2 7小時；燒結(jié)氣氛采用惰性氣氛保 護，或者真空，真空度控制在1X10—i lXl(T4pa范圍內(nèi)；最終保溫結(jié) 束后立即淬火，淬火介質(zhì)采用水或油。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品的粉 末冶金方法，其特征在于:將Ti合金燒結(jié)坯進行鍛造的溫度控制在900 " 110CrC范圍內(nèi)，總變形量控制在40% 90%范圍內(nèi)，鍛造方式采用 等溫鍛造或普通模鍛，后序熱處理工藝采用溫度為70(TC 90(TC，保 溫時間為1 4小時的退火工藝。
全文摘要
一種采用Ti粉，以及含有Al、V、Fe和Mo元素的添加粉末為原料，制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品的粉末冶金方法，它是將具有一定粒度配比的Ti粉，以及一定成分范圍的添加粉末混合均勻后，采用冷壓成形方式制備粉末生坯，在燒結(jié)過程中，采用以中低溫快速升溫和高溫慢速升溫為主的多階段加熱工藝，加熱工藝完成后立即進行淬火處理，從而制備Ti合金燒結(jié)坯，通過鍛造和后序退火工藝制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品，由于粉末冶金工藝具有近凈成型和成分易控等典型特點，容易實現(xiàn)合金化，同時對原材料的利用率高，節(jié)約了原料成本、加工成本，大大降低了生產(chǎn)能耗，適于制備高密度復(fù)雜形狀鈦合金制品。
文檔編號B22F3/12GK101239395SQ20081006865
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月12日
發(fā)明者王智勇 申請人:貴州鈦易科技發(fā)展有限責(zé)任公司