钛合金零件的成型方法技术

本发明专利技术涉及一种钛合金零件的成型方法，依次包括钛合金粉末的制备工序、筛分工序和注射成型工序，其中制备工序在特定的制备装置中完成，制备工序包括：选取尖端金属棒料，将其装至制备装置的送料机构；将制备装置的进料室、熔炼室和雾化室抽至真空；向真空的腔室充入惰性气体；开启送料机构，将棒料旋转送入熔炼室，并在靠近感应线圈时停止；开启感应线圈和雾化喷嘴，棒料尖端受热熔化滴下的液滴，经雾化喷嘴耦合的高压高速气体剪切形成微液滴；微液滴冷却凝固形成钛钛合金粉末。本发明专利技术制备的钛合金粉末，粒度细、球形度高，制备的钛合金零件，抗拉强度可达950‑1000MPa，屈服强度可达820‑850MPa，延伸率可达14％‑18％。

Forming method of titanium alloy parts

【技术实现步骤摘要】
钛合金零件的成型方法
本专利技术涉及钛合金铸造
，特别涉及一种钛合金零件的成型方法。
技术介绍
金属注射成型工艺对于小尺寸、精密、复杂结构零件有着天然的优势，批量生产能够极大地降低制造成本。近年来，随着手机、笔记本电脑等电子产品更新换代速度加快，注射成型零件正在大量应用在3C、军用雷达天线振子等设备中，注射成型技术正在迎来新的腾飞。钛合金是一种比重小、比强度高、耐腐蚀性能好、耐热性能优良高性能材料，被广泛应用于航空航天、生物医疗领域。但由于其机械加工难度大、成本高，而军用电子领域、3C产品零部件往往重量轻、形状结构复杂，这极大地限制了钛合金在电子领域的应用。注射成型工艺避免了直接使用钛合金棒料难以加工的问题，使用粉末成型零件，解决了精密零件的成型问题，极大地拓展了钛合金在电子领域的应用。由于注射成型工艺所选用的钛合金粉末的粒度较常规粉末冶金、增材制造等工艺要更细，粉末比表面积也更大，因此对粉末的性能，如球形度、氧含量、洁净度等的要求就更高。粉末的性能不好，将极大影响生产的钛合金零件的延伸率和塑性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决以上问题，本专利技术提供一种钛合金零件的成型方法。根据本专利技术，提供一种钛合金零件的成型方法，依次包括钛合金粉末的制备工序、钛合金粉末的筛分工序和钛合金粉末的注射成型工序，其中钛合金粉末的制备工序在粉末制备装置中完成，所述粉末制备装置包括自上而下依次连通的进料室、熔炼室和雾化室，所述进料室内设有能够自旋和向下运行的进料机构，所述熔炼室内设有感应线圈，所述熔炼室和雾化室之间的连通口安装有环形雾化喷嘴，所述进料机构、所述感应线圈、所述环形雾化喷嘴位置上下对应。该钛合金粉末的制备工序包括以下步骤：选取设有尖端的金属棒料，将其装至送料机构；将进料室、熔炼室和雾化室抽至真空；向真空的进料室、熔炼室和雾化室充入惰性气体，直至达到预定内部压力；开启送料机构，将棒料旋转送入熔炼室，并在靠近感应线圈时停止；开启感应线圈和雾化喷嘴，停止的棒料开始熔化，并在尖端汇成液滴滴下，被雾化喷嘴耦合的高压高速惰性气体剪切形成微液滴；微液滴经冷却，凝固形成钛钛合金粉末。其中，制备工序的充入惰性气体步骤中，预定内部压力为0.08-0.12MPa，开启雾化喷嘴步骤中，雾化喷嘴的雾化压力为0.5-5Mpa。其中，该制备装置的感应线圈为中频感应线圈，其加热温度为1600℃-2200℃，送料步骤中，金属棒料的旋转速度为10-30r/min，棒料在距感应线圈2-5cm的位置停止。其中，制备工序的抽真空步骤中，将进料室、熔炼室和雾化室抽真空至0.5-1.5×10-2Pa停止。其中，该金属棒料的尖端锥角为85-95度，其表面粗糙度不超过3.2；该金属棒料的直径为45-55mm，长度为550-650mm。其中，该筛分工序包括步骤：使用振动筛对制得的钛合金粉末粗筛，除去60目以上粗渣；将剩余钛合金粉末进入气流分级机中继续筛分，其中，分级轮的转速为10-30Hz。其中，该注射成型的工序包括步骤：将筛分后的钛合金粉末和粘结剂放入密炼造粒机，在氩气保护下混合造粒；将制造的钛合金粉末粒在氩气保护注塑机中注射成型，并脱脂、烧结；其中烧结过程在钼丝炉中进行，烧结温度约为1200℃。其中，该钛合金粉末为钛合金粉末TC21或钛合金粉末GR5。本专利技术的钛合金零件成型方法具备以下优点：1、本专利技术的成型方法中，制粉设备处于高真空、惰性气体保护的气氛中，一方面避免了粉末被氧化，提升钛合金粉末的氧含量，另一方面使金属液滴冷却时在足够的表面张力作用下球化，球化效果明显，经检测，本方法制取粉末的氧含量为＜1500ppm，球形度为＞0.9。2、本专利技术的成型方法中，通过制粉工序和筛分工序配合，使制取粉末的粒度为0-20μm。3、本专利技术的筛分过程中，通过建立整套的惰性气体保护筛分系统，保证了在粉末筛分过程中粉末无明显的氧增量，经检测，经过筛分分级后，粉末氧增量＜100ppm，保证了后续钛合金零件的塑性。4、在本专利技术的零件成型过程中，整套系统采用了惰性气体保护或真空环境，避免了在此过程中增加零件氧含量，导致零件变脆。5、本专利技术以成型高性能钛合金零件为目的，建立了从粉末制备，到筛分，再到成型的全流程工序，对成型过程中的关键要点进行控制，保证了成型零件的强度、塑性能够达到要求。6、本专利技术制备的钛合金零件，抗拉强度可达950-1000MPa，屈服强度可达820-850MPa，延伸率可达14％-18％。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了根据本专利技术实施方式的制备装置的示意图。具体实施方式下面将根据实施例更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然说明书中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。如图1所示，一种钛合金粉末的制备装置，包括自上而下依次连通的进料室3、熔炼室7和雾化室9，该进料室3内设有能够自旋和向下运行的进料机构4，该熔炼室内设有感应线圈，该熔炼室7和雾化室9之间的连通口安装有环形雾化喷嘴8，该进料机构4、该感应线圈、该环形雾化喷嘴8位置上下对应。进料装置的末端设有用于卡接金属棒料的卡接器，进料室和熔炼室之间设有活动的插板阀，用于连通或者隔断两室。本专利技术的钛合金粉末的制备工序在上述制备装置中完成，本专利技术还包括筛分工序和注射成型工序，下面将通过具体实施例的形式对本专利技术的制备方法作进详细说明。实施例1钛合金零件的成型方法粉末TC21的制备方法本制备方法在钛合金粉末制备装置Ⅰ完成，钛合金粉末制备装置Ⅰ中，中频感应线圈设置于雾化喷嘴上方3厘米的位置，感应线圈为3匝线圈，线圈倾斜角度为轴向40-50°，雾化喷嘴为环孔式喷嘴，共6个出气孔，孔径1.5mm，出气孔据喷嘴中心距5厘米，雾化喷嘴的喷射角度为偏向环形内部36度。本成型方法的制备工序包括以下步骤：选取设有尖端的钛合金TC21棒料，将其装至送料机构，选取的钛合金TC21棒料的尺寸为：L550mm，棒料的尖端锥角为90度，表面粗糙度为3.2；先用真空泵将制备装置的进料室、熔炼室和雾化室抽真空，当腔室的内部均达到1×10-2Pa时，关闭真空泵组，然后向系统内充入纯度为99.999％的氩气，直至系统内部压力为0.08MPa时，停止充气，营造装置内的微负压无氧环境。打开熔炼室和进料室之间的插板阀，并打开伺服电机开始进料，使棒料开始轴向向下直线运动，同时以18r/min速度自旋。棒料运行到距感应线圈3cm高度时，打开中频感应线圈电源和雾化喷嘴控制阀，将雾本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金零件的成型方法，其特征在于，依次包括钛合金粉末的制备工序、钛合金粉末的筛分工序和钛合金粉末的注射成型工序，其中钛合金粉末的制备工序在粉末制备装置中完成，所述粉末制备装置包括自上而下依次连通的进料室、熔炼室和雾化室，所述进料室内设有能够自旋和向下运行的进料机构，所述熔炼室内设有感应线圈，所述熔炼室和雾化室之间的连通口安装有环形雾化喷嘴，所述进料机构、所述感应线圈、所述环形雾化喷嘴位置上下对应；/n所述钛合金粉末的制备工序包括以下步骤：/n选取设有尖端的金属棒料，将其装至送料机构；/n将进料室、熔炼室和雾化室抽至真空；/n向真空的进料室、熔炼室和雾化室充入惰性气体，直至达到预定内部压力；/n开启送料机构，将棒料旋转送入熔炼室，并在靠近感应线圈时停止；/n开启感应线圈和雾化喷嘴，停止的棒料开始熔化，并在尖端汇成液滴滴下，被雾化喷嘴耦合的高压高速惰性气体剪切形成微液滴；/n微液滴经冷却，凝固形成钛钛合金粉末。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛合金零件的成型方法，其特征在于，依次包括钛合金粉末的制备工序、钛合金粉末的筛分工序和钛合金粉末的注射成型工序，其中钛合金粉末的制备工序在粉末制备装置中完成，所述粉末制备装置包括自上而下依次连通的进料室、熔炼室和雾化室，所述进料室内设有能够自旋和向下运行的进料机构，所述熔炼室内设有感应线圈，所述熔炼室和雾化室之间的连通口安装有环形雾化喷嘴，所述进料机构、所述感应线圈、所述环形雾化喷嘴位置上下对应；
所述钛合金粉末的制备工序包括以下步骤：
选取设有尖端的金属棒料，将其装至送料机构；
将进料室、熔炼室和雾化室抽至真空；
向真空的进料室、熔炼室和雾化室充入惰性气体，直至达到预定内部压力；
开启送料机构，将棒料旋转送入熔炼室，并在靠近感应线圈时停止；
开启感应线圈和雾化喷嘴，停止的棒料开始熔化，并在尖端汇成液滴滴下，被雾化喷嘴耦合的高压高速惰性气体剪切形成微液滴；
微液滴经冷却，凝固形成钛钛合金粉末。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
制备工序的充入惰性气体步骤中，预定内部压力为0.08-0.12MPa，开启雾化喷嘴步骤中，雾化喷嘴的雾化压力为0.5-5Mpa。


3.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，
制备装置的所述感应线圈为中频感应线圈，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王山，高正江，张飞，马腾，张建，殷雷，
申请(专利权)人：中航迈特粉冶科技固安有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13