一种Ti-15V-10AI合金制造技术

为了改善钛合金的硬度、耐磨性，设计了一种Ti‑15V‑10AI合金。采用Ti粉、Al粉和V粉为原料，所制得的Ti‑15V‑10AI合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，粉末冶金法成功制备出Ti‑15V‑10Al合金的最佳烧结温度为1250℃。所制备的Ti‑15V‑10Al合金由Ti3Al基体相和Ti0.8V0.2相组成，随着温度的升高，Ti0.8V0.2相呈现先细化后又粗化的趋势，而总含量逐渐增加。随温度的升高，合金的密度逐渐增加，而显微硬度先增加后减小，在1250℃时达到峰值500HV。本发明专利技术能够为制备高性能的Ti‑15V‑10AI合金提供一种新的生产工艺。

A Ti-15V-10AI Alloy

In order to improve the hardness and wear resistance of titanium alloys, a Ti_15V_10AI alloy was designed. Using Ti powder, Al powder and V powder as raw materials, Ti 15V 10AI alloy was prepared. Its hardness, densification degree and bending strength were greatly improved. Among them, the optimum sintering temperature of Ti_ 15V_ 10Al alloy prepared by powder metallurgy is 1250 C. The Ti_15V_10Al alloy is composed of Ti3Al matrix phase and Ti0.8V0.2 phase. With the increase of temperature, the Ti0.8V0.2 phase tends to refine first and then coarsen, while the total content increases gradually. With the increase of temperature, the density of the alloy increases gradually, while the microhardness increases first and then decreases, reaching a peak value of 500HV at 1250 C. The invention can provide a new production process for preparing high-performance Ti_15V_10AI alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种Ti-15V-10AI合金所属
本专利技术涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种Ti-15V-10AI合金。
技术介绍
粉末冶金相关企业主要是适用于汽车行业、装备制造业、金属行业、航空航天、军事工业、仪器仪表、五金工具、电子家电等领域的零配件生产和研究，相关原料、辅料生产，各类粉末制备设备、烧结设备制造。产品包括轴承、齿轮、硬质合金刀具、模具、摩擦制品等等。军工企业中，重型的武器装备如穿甲弹，鱼雷等，飞机坦克等刹车副均需采用粉末冶金技术生产。粉末冶金汽车零件近年来已成为为中国粉末冶金行业最大的市场，约50%的汽车零部件为粉末冶金零部件。钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善钛合金的硬度、耐磨性，设计了一种Ti-15V-10AI合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：Ti-15V-10AI合金的制备原料包括：粒径为100目，纯度≥99.9%的Ti粉、粒径为100目，纯度≥99.9%的Al粉，粒径为80目，纯度≥99.9%的V粉。Ti-15V-10AI合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球料比为8:1，球磨时间为16h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加至万能试验机中进行压制成形，将其压制成直径为50mm，高度为4mm的试样，压制压力为150MPa。将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为60min。当炉内温度达到烧结温度后充入氩气进行低压处理以减少Ni的损失和降低孔隙率，低压压力为1MPa，保压60min。Ti-15V-10AI合金的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测定，显微组织采用Leica金相显微镜观察，拉伸试验采用万能电子拉伸试验机测定，拉伸断口形貌采用Siri200场发射扫描电镜观察，化学组成采用能谱仪分析，显微硬度采用HX1000显微硬度计测试。所述的Ti-15V-10AI合金，粉末冶金法成功制备出Ti-15V-10Al合金的最佳烧结温度为1250℃。所述的Ti-15V-10AI合金，所制备的Ti-15V-10Al合金由Ti3Al基体相和Ti0.8V0.2相组成，随着温度的升高，Ti0.8V0.2相呈现先细化后又粗化的趋势，而总含量逐渐增加。所述的Ti-15V-10AI合金，随温度的升高，合金的密度逐渐增加，而显微硬度先增加后减小，在1250℃时达到峰值500HV。本专利技术的有益效果是：采用Ti粉、Al粉和V粉为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的Ti-15V-10AI合金。其中，制备出Ti-15V-10Al合金的最佳烧结温度为1250℃，随着温度的升高，合金的晶粒逐渐细化，合金的密度逐渐增加。所制得的Ti-15V-10AI合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的Ti-15V-10AI合金提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：Ti-15V-10AI合金的制备原料包括：粒径为100目，纯度≥99.9%的Ti粉、粒径为100目，纯度≥99.9%的Al粉，粒径为80目，纯度≥99.9%的V粉。Ti-15V-10AI合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球料比为8:1，球磨时间为16h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加至万能试验机中进行压制成形，将其压制成直径为50mm，高度为4mm的试样，压制压力为150MPa。将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为60min。当炉内温度达到烧结温度后充入氩气进行低压处理以减少Ni的损失和降低孔隙率，低压压力为1MPa，保压60min。Ti-15V-10AI合金的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测定，显微组织采用Leica金相显微镜观察，拉伸试验采用万能电子拉伸试验机测定，拉伸断口形貌采用Siri200场发射扫描电镜观察，化学组成采用能谱仪分析，显微硬度采用HX1000显微硬度计测试。实施案例2：粉末在球磨过程中经过与磨球和球磨罐内壁反复碰撞、塑性变形、破碎和冷焊，发生了晶格畸变、晶粒碎化和原子扩散，粉末形态发生较大变化，不同粉末单质粘结在一起形成不规则的颗粒形状，并且颗粒边缘已球化，粉末颗粒的平均粒径尺寸显著降低，粉末粒度由原始80μm降为20μm，还有一部分大颗粒粉末的粒度约为1μm，Ti原子、V原子和Al原子之间已充分扩散，形成的合金粉末均匀分布实施案例3：在白色基体组织中主要沿晶界分布条状灰色析出相，类似魏氏体雏形，在基体中分布了大量大小不一的黑色孔洞，孔洞边角圆润，部分洞中存在的白色颗粒为金相制样时残留的氧化铝颗粒。预制体会在烧结过程中进一步致密化，发生颗粒位移重排，趋向密堆积，颗粒发生塑性变形，孔隙率降低，通过空位扩散机制，缓慢闭孔，使合金孔隙率进一步降低，致密度提高。Al、Ti的扩散系数相差悬殊，Al、Ti、V的扩散速率不同，在烧结后的组织仍存在大量孔隙，合金的密度为4g·cm-3，升高烧结温度，可有效促进粉末体致密化，改善显微组织。实施案例4：随着温度的升高，Ti-15V-10Al合金中的析出相明显增多，合金中的空洞有所收缩，空洞的形状由略微尖锐长状变的相对圆滑，孔隙减少，合金的致密度增加，当烧结温度达到1250℃时，密度为5g·cm-3。Ti-VAl合金金相显微组织由基体和析出物组成，这种析出物难以侵蚀，为亮白色，相互交织成网状，呈表面浮凸于基体之上，随着烧结温度的升高，析出物先细化后又变得粗大，且含量明显增多。实施案例5：Ti-15V-10Al合金的基体和析出相均以Ti元素为主，灰色的基体主要含有Ti和Al元素，还含有少量的V，其组织为分布较为均匀相，并固溶少量的V，灰白色析出物主要含有Ti和V元素，以及少量的Al元素。在基体和析出相之间，Al原子和V原子存在较大的浓度梯度，在析出相边界处有轻微的互扩散。Ti-15V-10Al合金主要由Ti3Al和Ti0.8V0.2两相组成，且随着温度的升高，Ti3Al的峰强降低，当温度增加到1250℃时，该相的衍射峰基本消失。提高烧结温度，合金中的Ti3Al含量减少，Ti0.8V0.2含量增加。所制备的Ti-15V-10Al合金中，析出相主要为BCC结构的Ti0.8V0.2相，而基体相为固溶有少量V的Ti3Al相，这种结构通过V的合金化可增强基体相的韧性。提高烧结温度使得析出相增加。原料粉末中Ti:Al原子比为3:1，所形成的Ti3Al不稳定，随着温度的升高，Ti3Al相有向TiAl3转变的趋势，在界面处Ti原子的浓度升高。随着V含量的增加，TiAl3的稳定性增加，意味着Ti3Al可能会向TiAl3转变，温度提供了转变的动力学，造成界面处Ti原子的富集。而Ti-15V-10Al合金中V的含量已达到体心立方钛的临界浓度，Ti原子和V形成较多的更为稳定的Ti0.8V0.2相。实施案例6：随温度的增加，合金的硬度呈现先增加后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.Ti‑15V‑10AI合金的制备原料包括：粒径为100目，纯度≥99.9%的Ti粉、粒径为100目，纯度≥99.9%的Al粉，粒径为80目，纯度≥99.9%的V粉。

【技术特征摘要】
1.Ti-15V-10AI合金的制备原料包括：粒径为100目，纯度≥99.9%的Ti粉、粒径为100目，纯度≥99.9%的Al粉，粒径为80目，纯度≥99.9%的V粉。2.根据权利要求1所述的Ti-15V-10AI合金，其特征是Ti-15V-10AI合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球料比为8:1，球磨时间为16h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加至万能试验机中进行压制成形，将其压制成直径为50mm，高度为4mm的试样，压制压力为150MPa，将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为60min，当炉内温度达到烧结温度后充入氩气进行低压处理以减少Ni的损失和降低孔隙率，低压压力为1MPa，保压60min。3.根据权利要求1所述的Ti-15...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明超，
申请(专利权)人：沈阳东青科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21