一種低成本鈦合金的製備方法

2023-10-20 05:03:17 2

專利名稱：一種低成本鈦合金的製備方法
技術領域：
本發明屬於鈦合金製備技術領域，具體涉及一種低成本鈦合金的製備方法。
背景技術：
鈦具有比重輕，耐腐蝕，比強度高等一系列優點，廣泛應用於航空航天、船舶、生物醫學、民用汽車等領域。但鈦在提煉和加工過程中容易與0、N、H等元素發生反應，因此加工成本較高，限制了其在民用領域的廣泛應用。Ti-1. 5Fe-2. 5Mo (wt%)是一種在汽車上有應用前景的鈦合金，可以用來製造排氣閥門等組件。但和鋼鐵相比，其成本仍然較高。通過元素混合、壓制、緻密化燒結的粉末冶金工藝先製備出緻密的預製件，再通過鍛造加工工序，是製造低成本鈦合金汽車零件的一個途徑。但粉末冶金工藝選用的成本較低、粒度較細(利於緻密化燒結)的氫化脫氫(HDH) 鈦粉末或氫化鈦粉末(D5tl=IO 20 iim)，其氧含量較高(4000 6000ppm)或者燒結過程中由於氫的脫除容易產生裂紋，從而降低了零件的塑性和疲勞等性能。為了改善塑性和疲勞等性能，有一種途徑是添加稀土 Y等元素，並相應微調其它成分，通過稀土元素對合金中氧的「淨化」作用，來提高合金塑性和疲勞等性能。但隨著稀土價格的提升，通過添加稀土元素的途徑不能有效降低零件成本。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種低成本鈦合金的製備方法。該方法採用粒度較粗的純鈦粉為原料，由於鈦粉比表面積的減小，大大降低了鈦粉氧含量，從而控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，進一步提高了Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金零件的塑性和疲勞性能；製備過程中不需要額外添加稀土元素Y和調整其它元素成分，即可獲得塑性和疲勞性能均較好的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金，同時不需要使用氫化鈦粉末，降低了合金生產成本，簡化了生產工藝，增加了合金零件性能的穩定性；另外，通過調整優化緻密化燒結溫度和保溫時間，使粉末燒結頸得到良好發育，從而提高了Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的緻密度，製備的Ti_l. 5Fe_2. 5Mo合金的相對密度達到97%以上，抗拉強度達到850MPa以上，延伸率不小於15%，斷面收縮率不小於20%。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種低成本鈦合金的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟步驟一、根據Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名義成分將鈦粉和MoFe中間合金粉末按配比混合均勻，得到混合粉末；所述Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中Fe的質量百分含量為I. 5%,Mo的質量百分含量為2. 5%，餘量為Ti和其他不可避免的雜質；所述鈦粉的平均粒度為45 ii m 80 iim，鈦粉的氧質量含量為1700ppm 2800ppm;所述MoFe中間合金粉末的平均粒度為30 ii m 74 ii m, MoFe中間合金粉末的氧質量含量< 3000ppm ；步驟二、將步驟一中所述混合粉末經冷等靜壓方式壓製成型，得到粉末壓坯；步驟三、將步驟二中所述粉末壓坯置於高溫燒結爐中，在溫度為1250°C 1350°C的真空條件下燒結3h 4h，得到相對密度為97%以上的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金。上述的一種低成本鈦合金的製備方法，步驟一中所述鈦粉為氫化脫氫法製備的氫質量百分含量不大於0.001%的純鈦粉。上述的一種低成本鈦合金的製備方法，通過調整鈦粉的粒度來控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，從而達到提高合金綜合性能的目的，並降低合金成本。本發明與現有技術相比具有以下優點I、本發明採用粒度較粗，即平均粒度(D5tl)為45iim 80iim的純鈦粉為原料，由於鈦粉比表面積的減小，大大降低了鈦粉氧含量(1700ppm 2800ppm),從而控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，進一步提高了 Ti_l. 5Fe_2. 5Mo合金零件的塑性和疲勞性能。2、本發明採用平均粒度(D5tl)為45iim 80iim的純鈦粉，以及平均粒度為 30 ii m 74 ii m的MoFe中間合金粉末為原料，通過調整優化緻密化燒結溫度和保溫時間，使粉末燒結頸得到良好發育，從而提高了 Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的緻密度。3、本發明不需要額外添加稀土元素Y和調整其它元素成分，即可獲得塑性和疲勞性能均較好的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金；同時不需要使用氫化鈦粉末，降低了合金生產成本，簡化了生產工藝，增加了合金零件性能的穩定性。4、採用本發明的方法製備的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的相對密度達到97%以上，抗拉強度達到850MPa以上，延伸率不小於15%，斷面收縮率不小於20%。下面結合附圖和實施例，對本發明的技術方案作進一步的詳細描述。


圖I為本發明實施例I製備的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微觀組織圖。圖2為本發明實施例2製備的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微觀組織圖。圖3為本發明實施例3製備的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微觀組織圖。
具體實施例方式實施例I步驟一、根據Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名義成分將鈦粉和MoFe中間合金粉末按配比置於混料機中混合均勻，得到混合粉末；所述Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中Fe的質量百分含量為I. 5%,Mo的質量百分含量為2. 5%，餘量為Ti和其他不可避免的雜質；所述鈦粉為氫化脫氫法製備的氫質量百分含量不大於0. 001%的純鈦粉,其平均粒度為45 Ii m,氧質量含量為2800ppm ;所述MoFe中間合金粉末的平均粒度為30 u m，MoFe中間合金粉末的氧質量含量為3000ppm ；步驟二、將步驟一中所述混合粉末裝入050mmX200mm的冷等靜壓橡膠套中，經冷等靜壓方式在壓制壓力不小於200MPa條件下壓製成型，得到粉末壓坯；步驟三、將步驟二中所述粉末壓坯置於高溫燒結爐中，在溫度為1350°C的真空條件下(真空度彡IX I(T2Pa)燒結3h，得到相對密度為99%以上的Ti_l. 5Fe_2. 5Mo合金。圖I為本實施例製備的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微觀組織圖，從圖中可以看出，合金已經基本緻密化，缺陷少，達到可鍛水平。
本實施例通過調整純鈦粉的粒度來控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，從而達到提高合金綜合性能的目的，並降低合金成本，製備的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的抗拉強度彡860MPa，延伸率彡15%，斷面收縮率彡20%。實施例2步驟一、根據Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名義成分將鈦粉和MoFe中間合金粉末按配比置於混料機中混合均勻，得到混合粉末；所述Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中Fe的質量百分含量為I. 5%,Mo的質量百分含量為2. 5%，餘量為Ti和其他不可避免的雜質；所述鈦粉為氫化脫氫法製備的氫質量百分含量不大於0. 001%的純鈦粉,其平均粒度為53 Ii m,氧質量含量為2400ppm ;所述MoFe中間合金粉末的平均粒度為60 u m，MoFe中間合金粉末的氧質量含量為2500ppm ；步驟二、將步驟一中所述混合粉末裝入050mmX200mm的冷等靜壓橡膠套中，經 冷等靜壓方式在壓制壓力不小於200MPa條件下壓製成型，得到粉末壓坯；步驟三、將步驟二中所述粉末壓坯置於高溫燒結爐中，在溫度為1300°C的真空條件下(真空度彡I X I(T2Pa)燒結3. 5h，得到相對密度為98. 8%以上的Ti_l. 5Fe_2. 5Mo合金。圖2為本實施例製備的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微觀組織圖，從圖中可以看出，合金已經基本緻密化，缺陷少，達到可鍛水平。本實施例通過調整純鈦粉的粒度來控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，從而達到提高合金綜合性能的目的，並降低合金成本，製備的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的抗拉強度彡860MPa，延伸率彡16%，斷面收縮率彡23%。實施例3步驟一、根據Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名義成分將鈦粉和MoFe中間合金粉末按配比置於混料機中混合均勻，得到混合粉末；所述Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中Fe的質量百分含量為I. 5%,Mo的質量百分含量為2. 5%，餘量為Ti和其他不可避免的雜質；所述鈦粉為氫化脫氫法製備的氫質量百分含量不大於0. 001%的純鈦粉，其平均粒度為80iim，氧質量含量為1700ppm ;所述MoFe中間合金粉末的平均粒度為74 u m，MoFe中間合金粉末的氧質量含量為IOOOppm ；步驟二、將步驟一中所述混合粉末裝入050mmX200mm的冷等靜壓橡膠套中，經冷等靜壓方式在壓制壓力不小於200MPa條件下壓製成型，得到粉末壓坯；步驟三、將步驟二中所述粉末壓坯置於高溫燒結爐中，在溫度為1250°C的真空條件下(真空度彡IX I(T2Pa)燒結4h，得到相對密度為97%以上的Ti_l. 5Fe_2. 5Mo合金。圖3為本實施例製備的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的微觀組織圖，從圖中可以看出，合金已經基本緻密化，缺陷較少，達到可鍛水平。實施例通過調整純鈦粉的粒度來控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，從而達到提高合金綜合性能的目的，並降低合金成本，製備的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的抗拉強度彡850MPa，延伸率彡18%，斷面收縮率彡25%。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種低成本鈦合金的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟 步驟一、根據Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名義成分將鈦粉和MoFe中間合金粉末按配比混合均勻，得到混合粉末；所述Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中Fe的質量百分含量為I. 5%，Mo的質量百分含量為2. 5%，餘量為Ti和其他不可避免的雜質；所述鈦粉的平均粒度為45μπι 80 μ m，鈦粉的氧質量含量為1700ppm 2800ppm ;所述MoFe中間合金粉末的平均粒度為30 μ m 74 μ m, MoFe中間合金粉末的氧質量含量< 3000ppm ； 步驟二、將步驟一中所述混合粉末經冷等靜壓方式壓製成型，得到粉末壓坯； 步驟三、將步驟二中所述粉末壓坯置於高溫燒結爐中，在溫度為1250°C 1350°C的真空條件下燒結3h 4h，得到相對密度為97%以上的Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金。
2.根據權利要求I所述的一種低成本鈦合金的製備方法，其特徵在於，步驟一中所述鈦粉為氫化脫氫法製備的氫質量百分含量不大於O. 001%的純鈦粉。
3.根據權利要求I所述的一種低成本鈦合金的製備方法，其特徵在於，通過調整鈦粉的粒度來控制Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金中的氧含量，從而達到提高合金綜合性能的目的，並降低合金成本。
全文摘要
本發明公開了一種低成本鈦合金的製備方法，該方法為一、根據Ti-1.5Fe-2.5Mo合金的名義成分將鈦粉和MoFe中間合金粉末按配比混合均勻，得到混合粉末；二、將混合粉末經冷等靜壓方式壓製成型，得到粉末壓坯；三、將粉末壓坯在溫度為1250℃～1350℃的真空條件下燒結，得到Ti-1.5Fe-2.5Mo合金。本發明採用粒度較粗的純鈦粉為原料，大大降低了鈦粉氧含量，從而控制合金中的氧含量，進一步提高了Ti-1.5Fe-2.5Mo合金零件的塑性和疲勞性能，製備的合金的相對密度達到97%以上，抗拉強度達到850MPa以上，延伸率不小於15%，斷面收縮率不小於20%。
文檔編號C22C14/00GK102828058SQ20121035880
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者黃瑜, 賈文鵬, 劉海彥, 楊廣宇, 賀衛衛, 趙培, 賈亮 申請人:西北有色金屬研究院