專利名稱：一種高速壓制成形制備Ti₆Al₄V合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別屬于一種利用高速壓制成形制備Ti6Al4V合金的方法，也適用于其他鈦合金、鈦基復(fù)合材料的制備。
背景技術(shù)：
鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高和耐蝕性能好等優(yōu)良特性，在航空航天、艦船、化工、汽車和醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于鈦及鈦基合金硬度高、塑性差、加工硬化率高，導(dǎo)致傳統(tǒng)的鈦制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，嚴(yán)重阻礙了鈦的應(yīng)用和發(fā)展，在粉末冶金領(lǐng)域使用傳統(tǒng)的模壓方法成形十分困難，壓坯致密度較低，需要進(jìn)一步借助熱壓或者熱等靜壓提高密度，導(dǎo)制造成本急劇升高。因此尋求高性能、低成本的制備技術(shù)是鈦材發(fā)展的目標(biāo)。高速壓制技術(shù)的出現(xiàn)則有望解決鈦及鈦基合金難致密和成本高的難題。粉末高速壓制技術(shù)(HighVelocity Compaction,簡(jiǎn)稱HVC)是瑞典的Hoganas AB公司在2001年基于Hydro-pulsor公司生產(chǎn)的高速壓制成形機(jī)而推介的一項(xiàng)新技術(shù),高速壓制成形原理是通過(guò)應(yīng)力波在粉體中的傳播使粉末致密，從而提高產(chǎn)品密度，使得產(chǎn)品性能得以提升。由于成形原理的特殊性，高速壓制技術(shù)具有密度高且分布均勻、徑向彈性后效小容易脫模、生產(chǎn)率高、成本低等諸多優(yōu)勢(shì)，因此高速壓制技術(shù)被認(rèn)為足粉末冶金行業(yè)尋求低成本高密度材料加工技術(shù)的又一次新突破，成為近幾年的研究熱點(diǎn)。目前，高速壓制技術(shù)成形Fe粉、Cu粉、Al及Al合金粉和不銹鋼粉已獲得較好效果，致密度均可達(dá)到95%。提高材料密度和均勻性是提高粉末冶金制品性能的有效措施，高速壓制能使粉末冶金材料的性能明顯改善。

發(fā)明內(nèi)容
本 發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有欽基合金制備工藝復(fù)雜、成本聞等不足，提供一種利用粉末冶金高速壓制成形制備Ti6Al4V及其他鈦基合金的方法。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):潤(rùn)滑模壁、高速壓制成形制備壓坯和氣氛保護(hù)燒結(jié)，其步驟如下:
(1)用硬脂酸鋅丙酮乳濁液潤(rùn)滑模腔內(nèi)壁以及凸模；
(2)將粉末填充于模腔內(nèi)，預(yù)壓排氣；
(3)采用沖擊速度為7.Γ8.7m/s，壓制能量與裝粉量之比為1192.5 1590 J:9.2g，制備壓坯；
(4)將壓坯置于氣氛燒結(jié)爐中，升溫速率，20°C/min，在1300°C高純Ar氣氛保護(hù)中燒結(jié)，保溫lh，隨爐冷卻，得到所述Ti6Al4V合金。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)通常采用模壓成形Ti粉及Ti基合金粉需要加入高含量的潤(rùn)滑劑，而本發(fā)明無(wú)需加入潤(rùn)滑劑即實(shí)現(xiàn)粉末的高致密成形，避免的氧、碳及其他雜質(zhì)的污染使材料性能惡化。(2)本發(fā)明高速壓制制備的Ti6Al4V合金的壓坯密度≥85.89%，燒結(jié)后致密度≥99.88%，硬度HV為364 483，彎曲強(qiáng)度為103 126.78 MPa。(3)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了短流程、低成本制備高密度、高性能鈦合金，工藝簡(jiǎn)單，成本低，所制備出的Ti6A14V合金致密度高，性能優(yōu)良。(4)本發(fā)明還可適用于其他鈦基合金的制備。


圖1為實(shí)施例1在1300°C燒結(jié)的掃描電鏡圖片。圖2為實(shí)施例4在1300°C燒結(jié)的掃描電鏡圖片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1
采用市售的氫化脫氫 Ti6Al4V(T1-balance, Al 5%, V 3%, Fe 0.50%, Si 0.10%, Mg 0.8%，Mn 0.10 %，Cl 0.06 %，C 0.09 %，N 0.18 %，O 1%, H 0.50 %)，顆粒大小為-300 目。高速壓制成形制備Ti6Al4V合金的步驟及工藝條件如下:
用硬脂酸鋅丙酮乳濁液潤(rùn)滑模腔內(nèi)壁以及凸模；將粉末填充于模腔內(nèi)，預(yù)壓排氣；采用沖擊速度為8.7m/s，壓制能量與裝粉量之比為1590J:9.2g，制備壓坯；將壓坯置于氣氛燒結(jié)爐中，升溫速率20°C /min，在1300°C高純Ar氣氛保護(hù)中燒結(jié)，保溫lh，隨爐冷卻，得到所述Ti6Al4V合金。所制備的壓坯密度為3.831g/cm3，燒結(jié)后性能見(jiàn)表I。表I
權(quán)利要求
1. 一種高速壓制成形制備Ti6Al4V的方法，其特征在于，其步驟如下 (1)用硬脂酸鋅丙酮乳濁液潤(rùn)滑模腔內(nèi)壁以及凸模； (2)將粉末填充于模腔內(nèi)，預(yù)壓排氣； (3)采用沖擊速度為7.Γ8. 7m/s，壓制能量與裝粉量之比為1192. 5 1590 J :9. 2g，制備壓坯； (4)將壓坯置于氣氛燒結(jié)爐中，升溫速率20°C/min，在1300°C高純Ar氣氛保護(hù)中燒結(jié)，保溫lh，隨爐冷卻，得到所述Ti6Al4V合金。
全文摘要
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別屬于一種利用高速壓制成形制備Ti6Al4V合金的方法，也適用于其他鈦合金、鈦基復(fù)合材料的制備。其步驟如下(1)用硬脂酸鋅丙酮乳濁液潤(rùn)滑模腔內(nèi)壁以及凸模；(2)將粉末填充于模腔內(nèi)，預(yù)壓排氣；(3)采用沖擊速度為7.1~8.7m/s，壓制能量與裝粉量之比為1192.5~1590J9.2g，制備壓坯；(4)將壓坯置于氣氛燒結(jié)爐中，升溫速率20℃/min，在1300℃高純Ar氣氛保護(hù)中燒結(jié)，保溫1h，隨爐冷卻，得到所述Ti6Al4V合金。本發(fā)明高速壓制制備的Ti6Al4V合金的壓坯密度≥85.89%，燒結(jié)后致密度≥99.88%，硬度HV為364~483，彎曲強(qiáng)度為103~126.78MPa。
文檔編號(hào)C22C14/00GK103255317SQ20131019571
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月23日
發(fā)明者尹海清, 李賀, 曲選輝 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)