一种TA15粉末冶金钛合金制造技术

本发明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TA15粉末冶金钛合金。采用氢化脱氢TA15钛合金粉末为原料，所制得的TA15粉末冶金钛合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，制备的最佳工艺参数为：压制压力600MPa、烧结温度1250℃，压坯密度随压制压力增大而增大，烧结密度随烧结温度升高而提高，随成形压力增大而增大。压制压力增大或烧结温度升高能够提高烧结体的抗拉强度和伸长率。成形压力为600MPa和烧结温度为1250℃时能够制备出抗拉强度为1150MPa，最大的伸长率为5%的TA15钛合金，合金的相对密度高达98%。本发明专利技术能够为制备高性能的TA15钛合金提供一种新的生产工艺。

A TA15 Powder Metallurgical Titanium Alloy

The purpose of the invention is to improve the hardness and wear resistance of the titanium alloy, and a TA15 powder metallurgical titanium alloy is designed. The hardness, densification degree and bending strength of TA15 powder metallurgical titanium alloy prepared by using hydrogenated dehydrogenated TA15 titanium alloy powder as raw material have been greatly improved. Among them, the optimum technological parameters are: pressing pressure 600 MPa, sintering temperature 1250 C, compact density increases with the increase of pressing pressure, sintering density increases with the increase of sintering temperature and forming pressure. The tensile strength and elongation of the sintered body can be improved with the increase of pressing pressure or sintering temperature. TA15 titanium alloy with tensile strength of 1150 MPa and maximum elongation of 5% and relative density of 98% can be prepared under 600 MPa forming pressure and 1 250 C sintering temperature. The invention can provide a new production process for preparing high performance TA15 titanium alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种TA15粉末冶金钛合金所属
本专利技术涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种TA15粉末冶金钛合金。
技术介绍
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，均属于粉末烧结技术，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
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TA15粉末冶金钛合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：TA15粉末冶金钛合金的制备原料包括：平均粒度为40μm的氢化脱氢TA15钛合金粉末。TA15粉末冶金钛合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨介质为直径10mm的硬质合金球，球磨机转速为60r/min，球料比为8:1，球磨时间为41h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形。将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入真空烧结炉中进行烧结。TA15粉末冶金钛合金的检测步骤为：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。所述的TA15粉末冶金钛合金，制备的最佳工艺参数为：压制压力600MPa、烧结温度1250℃，压坯密度随压制压力增大而增大，烧结密度随烧结温度升高而提高，随成形压力增大而增大。所述的TA15粉末冶金钛合金，压制压力增大或烧结温度升高能够提高烧结体的抗拉强度和伸长率。成形压力为600MPa和烧结温度为1250℃时能够制备出抗拉强度为1150MPa，最大的伸长率为5%的TA15钛合金，合金的相对密度高达98%。所述的TA15粉末冶金钛合金，HIP致密化处理使TA15钛合金烧结体的抗拉强度和伸长率都提高，抗拉强度提高不如伸长率明显。在600MPa压力和1250℃烧结温度下制备的合金，经HIP处理后，伸长率为7%，比处理前提高200%。本专利技术的有益效果是：采用氢化脱氢TA15钛合金粉末为原料，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TA15粉末冶金钛合金。其中，压制压力的提高和烧结温度的升高能够提高该合金的相对密度，从而提高其综合力学性能。所制得的TA15粉末冶金钛合金，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TA15钛合金提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：TA15粉末冶金钛合金的制备原料包括：平均粒度为40μm的氢化脱氢TA15钛合金粉末。TA15粉末冶金钛合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨介质为直径10mm的硬质合金球，球磨机转速为60r/min，球料比为8:1，球磨时间为41h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形。将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入真空烧结炉中进行烧结。TA15粉末冶金钛合金的检测步骤为：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。实施案例2：压制压力为0时，压坯的密度即为粉末的振实密度。压坯的相对密度随压制压力增大而增加，当压力为600MPa时压坯相对密度达到75%。粉末压制成形主要经过粉末颗粒重排和塑性变形这2个阶段。当压制压力很小时，主要以颗粒重排为主，颗粒间的相互填充程度增大，接触面积增加，大大减小搭桥效应，从而有效地消除孔隙。当压力较高时，粉末发生塑性变形，颗粒间相互贴合，大颗粒部分发生破碎、捏合在一起，粉末致密化程度明显提高。粉末粒度分布变宽，粉末粒度分布越宽，致密化程度越高。粉末体继续以细颗粒为主体进行重排。压制压力越大，圧坯的致密度越高。实施案例3：烧结密度随烧结温度升高而增大，在压制压力为600MPa、烧结温度1250℃条件下获得最高烧结密度，达到7g/cm3，相对密度为98%。烧结温度较低时，随温度升高，密度变化较小。温度较高时，升高温度，烧结体密度有较明显的提高。温度较高时，烧结体的扩散类型更多，扩散活跃程度更高，与较低温度段相比，在较高温度段提高烧结温度所产生的致密效果更显著。烧结体密度随压制压力增大而增大，当压制压力较小时，升高温度，烧结体密度变化较小，当压制压力较大时，升高温度导致烧结体密度明显增大。压坯密度很低时，粉末颗粒与颗粒间的间隙较大，烧结过程中原子需要扩散较远的距离，压制压力较大时，压坯较致密，原子所需要扩散的距离较短，烧结体致密度随温度升高而明显增大实施案例4：随烧结温度升高，烧结体孔隙数量减少，孔隙逐渐球化。在1150℃烧结后孔隙尺寸较大，孔隙有较多棱角：在1200℃烧结时，孔隙变小，棱角变少，在1250℃烧结时，孔隙更小，为近球形，闭孔隙较多，经测试，烧结体致密度达到85%以上。在1250℃下烧结后烧结体内部孔隙显著减少，致密度提高。烧结过程中密度增大主要发生在烧结颈长大阶段，而烧结颈长大需要大量的原子扩散，对温度依赖较高，孔隙随烧结温度提高而减小。随着原子进一步扩散，烧结体的表面能降低，球形孔隙的烧结体具有最小的表面能，孔隙趋于球化，通孔减少。在等温扩散中，温度越高，原子扩散加剧，在1250℃烧结的试样比1200℃烧结的试样具有更小、更趋于球形的孔隙，封闭孔隙也更多。实施案例5：压制力越大，合金的抗拉强度和伸长率越高，随烧结温度升高，抗拉强度和伸长率都提高，只是当压制力为600MPa时，抗拉强度提高不明显，最高抗拉强度为1100MPa。烧结体致密度提高，但温度升高，导致晶粒长大。在1200℃以上温度烧结时，所有样品的抗拉强度随烧结温度升高而提高的幅度都变小。压制压力较低时，随烧结温度升高，烧结体的抗拉强度提升较多，伸长率的提升幅度较小。压制压力较大时，升高温度，烧结体的抗拉强度提升较少，伸长率提升较多。压制力为600MPa时，伸长率随烧结温度升高提高较快，但伸长率仍然较低，1250℃下烧结的合金伸长率仅为3%。实施案例6：烧结温度从1100℃升高到1250℃，材料的伸长率增幅较大，从2%增加到3%。烧结体密度提高以及内部孔隙球化减少了应力集中，伸长率增加。压制压力为600MPa时，1250℃下烧结的抗拉强度低于1200℃下的抗拉强度，可能是由于晶粒粗化导致性能下降。当烧结温度高于某一温度时，随烧结温度升高，晶粒迅速长大。1100℃下烧结的合金断裂方式为穿晶断裂，撕裂棱上有很少量的小尺寸韧窝，表现为脆性断裂，合金的伸长率很低。1200℃下烧结的合金断裂方式仍是穿晶断裂较多，有很多气孔存在，撕裂棱上的韧窝有少量增加。1250℃下烧结的合金拉伸断口孔隙较多，有较多的小尺寸韧窝以及二次裂纹存在。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.TA15粉末冶金钛合金的制备原料包括：平均粒度为40μm的氢化脱氢TA15钛合金粉末。

【技术特征摘要】
1.TA15粉末冶金钛合金的制备原料包括：平均粒度为40μm的氢化脱氢TA15钛合金粉末。2.根据权利要求1所述的TA15粉末冶金钛合金，其特征是TA15粉末冶金钛合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨介质为直径10mm的硬质合金球，球磨机转速为60r/min，球料比为8:1，球磨时间为41h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后进行制粒，将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，将制好的压坯置于石墨舟皿上，放入真空烧结炉中进行烧结。3.根据权利要求1所述的TA15粉末冶金钛合金，其特征是TA15粉末冶金钛合金的检测步骤为：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Siri20...

【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