铸造钛合金的方法技术

本发明专利技术涉及由包含钛钼并且钼含量为７．５－２５％的β－钛合金铸造对象的方法。本发明专利技术在高于１７７０℃的温度熔融合金，将熔融合金精密铸造到和待制造的对象相一致的铸造模具中，热等静压，固溶退火，随后进行淬火。根据本发明专利技术的方法提供了采用精密铸造方法由β－钛合金经济地制备对象的方法。本发明专利技术由此提供了将β－钛合金的有利性质，尤其是其优异的机械性质，和采用精密铸造方法制备对象的优点组合在一起的可能性。本发明专利技术使得甚至可以由β－钛合金制备出不可能或者不能经济地通过常规锻造方法制备的形状复杂的对象。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于由P -钛合金，更具体而言，钛-钼合金，铸造 对象的方法。钛合金由于具有为数众多的有利性质，被应用得越来越广泛。钛 合金尤其由于具有良好的化学稳定性(甚至在高温时)、重量低以及 优异的机械性质，而被用于对材料要求很高的所有领域中。考虑到具 有优异的生物相容性，钛合金也优先用于医疗领域，尤其是用于植入 体和^I体。已知有各种使钛合金成形的方法。除了切削加工之外，这些方法 主要包括铸造和锻造方法。由于人们发现钛合金难以铸造，所以原则 上钛合金是锻造合金，为此通常采用的是锻造方法。复杂形状通常采 用所述铸造方法，但是造成了在选择合适合金方面的限制。尤其而言，已经发现当铸造P -钛合金时，只能获得让人不满意的结果(US-A 2004/0136859 )。本专利技术基于为P -钛合金提供改进的铸造方法的目标，这样使得 可以制备出具有良好材料性质的更复杂的形状。根据本专利技术的解决方案在于具有主权利要求的特征的方法。有利 的经一步限定构成了从属权利要求的主题。根据本专利技术，在由含有钛钼并且钼含量为7.5-25%的^-钬合 金铸造对象的方法中，合金在超过1770。C的温度熔融，熔融的合金被 精密铸造到和待制备的对象相一致的铸造模具中，进行热等静压，固 溶退火，然后淬火。在本文中，对象应该理解为已经针对最终用途成形的制品。对象 例如在航空业可以是用于喷气发动机、转子轴承、翼箱(Fliigelkasten) 或者其它支撑结构部件的部件，或者在医学领域中可以是内用假体， 比如髋假体，或者植入体，比如板或者钉或者牙科植入体。在本申请 的上下文中，术语对象不包括将要通过成形方法进一步加工的坯块， 即，尤其不包括通过硬模铸造制备的、用于通过锻造进一步加工的锭。根据本专利技术的方法采用精密铸造方法实现了由P -钛合金经济地 制备对象。所以，本专利技术提供了将P -钛合金的有利性质，尤其是其优异的机械性质，和采用精密铸造方法制备对象的优点结合起来的可 能性。本专利技术使得可以由P -钛合金制备出通过传统锻造方法不可能 或者不能经济地制备的形状复杂的对象。所以，本专利技术也为P-钛合 金打开了在复杂成形对象方面的应用领域，而该合金公知具有有利的 机械性质和生物相容性。合金中的钼或者钼等同物的含量为7.5_25%。这样的结果是， 尤其对于钼含量为至少10%的情况而言，在低至室温范围时，P-相 也充分稳定。优选所述含量为12-16%。这样使得可以通过在精密铸 造后的快速冷却来获得亚稳P -相。通常无需加入另外的合金形成元 素。尤其而言，无需加入钒或者铝。无需这些元素带来了上述优点， 即源于这些合金形成元素的毒性可以被避免。这同样相应地适用于 铋，铋也不具有和钛相同的生物相容性。已经发现，本专利技术使得可以采用到目前为止几乎不可能用于精密 铸造的p -钛合金，来制备出比到目前为止用于精密铸造的oc/p钛合 金，比如例如TiA16V4，更复杂的形状。根据本专利技术的方法获得了改 进的模具填充行为。这意味着由于本专利技术，可以在精密铸造过程中制 备出具有更高质量的、尤其是尖锐的边。由于改进的模具填充行为， 所以精密铸造中形成空隙的趋势也下降。采用冷壁坩锅真空感应设备来熔融P -钛合金是适宜的。这种类 型的设备可以达到可靠熔融钛钼合金以进行精密铸造所需的高温。例 如，TiMo15的熔点是177(TC。为了实现可靠的精密铸造，应该再加 上大约60。C。所以，总体而言，对于TiMo15而言必须达到1830°C。对于热等静压而言，优选在最多等于钛钼合金的P -转变温度但 最低比P -转变温度低IO(TC的温度进行。热等静压通过溶解树枝状晶体之间的沉淀，抵消了如下不希望出 现的效应钼在树枝状晶体中富集，而在剩余熔体中贫乏化。低于P -转变温度，尤其是低至多IO(TC的温度，是有利的。已经证明，对 于钼含量为15%的钛钼合金而言，在大约1100- 1200巴的氩气压力 下，710°C - 76(TC的温度，优选大约74(TC,是合适的。已经证明，对于固溶退火而言，至少70(TC直至880°C,优选800 °C - 86(TC的温度是合适的。为了达到保护气氛，优选使用氢气。这 改善了合金的延展性。 在固溶退火后通过水使对象淬火是便利的。优选采用冷水。在本 文中，术语"冷，，应该理解为是指未加热的自来水的温度。已经发现，淬火对对象最终获得的机械性质具有显著影响。或者，淬火也可以在 保护气体中进行，例如，通过氩气冷却。但是，获得的结果没有采用 冷水获得的结果好。对象最终还进行硬化可能是便利的。如果需要，这样可以使弹性模量稍微增加。为此，优选硬化在大约600°C-大约70(TC的温度范 围中进行。下面参考附图更详细解释本专利技术，所述附图举例说明了有利的实 施方案。在附图中附图说明图1的表列出了根据本专利技术的精密铸造钛合金的机械性质；图2示出了在铸造之后即刻处于铸造状态的显微结构的图像；图3示出了在热等静压后的显微结构图像；图4示出了在固溶退火及随后的淬火之后的显微结构图像；和图5示出了钛钼合金的液相线和固相线温度。下述文本将描述实施本专利技术方法的方式。原材料是钼含量为15%的0 -钛合金(TiMo15)。该合金可以以 小坯块(锭)的形式购得。第一步骤精密铸造待铸造的对象。提供铸造设备用于熔融和铸造 TiMo15。该设备优选是冷壁坩锅真空感应熔融和铸造设备。借助这种 类型的设备可以达到可靠熔融TiMo15以进行精密铸造所需的高温。 TiMo15的熔点是1770。C,为了可靠的精密铸造，要再加上大约60。C。 所以，总体而言，必须达到1830°C。然后，通过公知的方法，例如采 用蜡芯和陶资模具作为消耗性的模具(verloren Form),实施熔体的精 密铸造。这种类型的精密铸造技术已经用于精密铸造TiA16V4。从图2中的图像可以发现(1000倍放大)，形成了树枝状晶体， 在树枝状晶体之间的区域出现了大量的沉淀。这是源于已知的钛钼合 金的负偏析。这种效应基于钛钼合金的液相线和固相线温度的特定分 布，如图5所示。基于所示液相(TL)和固相(Ts)的熔融温度分布，首先是具有高钼含量的区域在熔体中固化，在该方法中形成在图中可 以发现的树枝状晶体。这样使得熔体的其余部分变贫乏，即，钼含量 下降。铸件结构中的树枝状晶体之间的区域的钼含量低于15%,甚至可以降到大约10%。由于钼贫乏化，所以树枝状晶体之间的区域缺乏 足够量的P-稳定剂。结果是在局部使得a/e转变温度升高，导致出 现在图2中可辨认出的沉淀物。在铸造过程中可能会形成的、称作a相的、硬脆层形式的表面区 域(Randzone)，很容易通过酸洗去除。该层的厚度通常为大约 0.03mm。为了抵消负偏析以及树枝状晶体之间的区域中出现的沉淀的不利 影响，根据本专利技术，在精密铸造后去除了浇铸模具之后，将铸件进行 热处理。这具体包括在刚好低于P -转变温度的温度进行的热等静压 (HIP)。所述温度可以是710°C-760°C，优选大约740°C。这样使得 在树枝状晶体之间的区域中不希望出现的沉淀物再次溶解。无需在热 等静压之前或之后进行任何初步时效硬化(Vomuslagerung )。但是， 在热等静压之后的冷却过程中，尤其优先在树枝状晶体之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于由包含钛钼并且钼含量为７．５－２５％的β－钛合金铸造对象的方法，特征在于在高于１７７０℃的温度熔融合金，将熔融合金精密铸造到和待制造的对象相一致的铸造模具中，热等静压，固溶退火，和随后进行淬火。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S巴利克泰，
申请(专利权)人：沃尔德马连接两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]