制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法技术

一种采用Ｔｉ粉，以及含有Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ和Ｍｏ元素的添加粉末为原料，制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法，它是将具有一定粒度配比的Ｔｉ粉，以及一定成分范围的添加粉末混合均匀后，采用冷压成形方式制备粉末生坯，在烧结过程中，采用以中低温快速升温和高温慢速升温为主的多阶段加热工艺，加热工艺完成后立即进行淬火处理，从而制备Ｔｉ合金烧结坯，通过锻造和后序退火工艺制备高密度复杂形状钛合金制品，由于粉末冶金工艺具有近净成型和成分易控等典型特点，容易实现合金化，同时对原材料的利用率高，节约了原料成本、加工成本，大大降低了生产能耗，适于制备高密度复杂形状钛合金制品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钛合金制品的制备方法，特别是一种制备高密 度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法.
技术介绍
当前，高密度复杂形状的钛合金制品，如高尔夫球杆头、 发动机涡轮叶片、口腔医用工具、眼镜架以及汽车雨刮器等，通常采用铸 造以及后续多次机加工、热加工和热处理等一系列工艺方法制备。这种方 法具有工艺复杂，能耗大，原材料利用率不高，以及成材率低等缺点，同 时钛合金本身具有难加工性，由此造成高密度复杂形状钛合金制品的高成 本。采用粉末冶金方法制备高密度复杂形状钛合金制品，目前国内无相关 公开报道。
技术实现思路
本专利技术旨在向高密度复杂形状钛合金制品材料中引入粉末 冶金钛合金，提供一种采用金属粉末为原料，通过粉末冶金工艺制备高密 度复杂形状钛合金制品的一种方法，以降低当前钛合金制品的高成本。本专利技术采用以下方案采用一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉 末为原料，经粉末冶金工艺制备高密度复杂形状钛合金制品，其具体工艺 路线为原料粉末粒度配比及成份配比一混料一压制成形一烧结一烧结后 淬火一锻造及热处理。采用具有一定粒度配比的Ti粉，以及一定成分范围 的添加粉末为原料；将Ti粉和添加粉末进行混料，得到混合粉末；采用冷 压成形方式，将混合粉末制成粉末生坯；在烧结过程中，采用以中低温快速升温和高温慢速升温为主的多阶段加热工艺；加热工艺完成后立即进行 淬火处理，制备Ti合金烧结坯；随后，通过锻造和后序退火工艺制备最终 高密度复杂形状钛合金制品。其中，Ti粉的粒度配比为粒度为-100目 +250目的钛粉占70wt。/。 90wt。/。，粒度为-250目 +400目的钛粉占10wt% 30wt%;添加粉末中各元素占混合粉末的比例分别为Al元素占3 wt% 7wt%， V元素占2 wt% 5wt%， Fe元素占0 3wt%， Mo元素占0 2wt%;采 用压制压力在350MPa 800MPa范围内的模压方式进行粉末成形；采用多阶 段烧结工艺对粉末成形坯进行惰性气氛保护或真空无压烧结，加热工艺完 成后立即进行淬火处理；随后，将Ti合金烧结坯进行锻造温度为900°C IIO(TC，总变形量为40% 90%的等温锻造或普通模锻，以及温度为700°C 900°C，保温时间为1 4小时的退火工艺，最终得到高密度复杂形状钛合金帝lj品o多阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在80。C 20(TC的低温阶段保温 10分钟 2小时，随后以5 20°C/min的升温速率加热至800°C 950°C， 再以l 5°C/min的升温速率加热至1200°C 1350°C，并在最终温度保温 2 7小时，随后立即淬火，淬火介质采用水或油。烧结气氛采用惰性气氛 保护；或者真空，真空度为1X1(T 1X10—4Pa.与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1. 采用粉末冶金工艺制备高密度复杂形状钛合金制品，由于粉末冶金 工艺具有近净成型和成分易控等典型特点，容易实现合金化，同时对原材 料的利用率达到95%以上，节约了原料成本。2. 在粉末冶金工艺制备高密度复杂形状钛合金制品过程中，高密度复 杂形状钛合金制品的基本形状在粉末成形阶段即可实现，避免了现有技术对难加工Ti合金的机加工过程，縮短了工艺流程，并节约了材料的加工成 本。3.相比于现有技术，粉末冶金工艺避免了Ti合金的铸造阶段，同时所 制备材料的组织细小均匀，避免了现有技术对铸造Ti合金的开坯阶段，大 大降低了生产能耗。具体实施例方式将一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 进行混合，其中，钛粉的粒度配比为-100目 +150目钛粉占84wt呢，-325 目钛粉占16wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别为Al元素 占6wt。/。， V元素占4wt。/Q， Fe元素占0wt。/。， Mo元素占0wt。/。。混合均匀后， 采用压制压力为500MPa的双向模压方式进行粉末成形。在随后的多阶段烧 结工艺中，首先将成形坯体在12(TC的低温阶段保温30分钟，随后以1(TC /min的升温速率加热至850°C，再以2°C/min的升温速率加热至1260°C， 并保温5小时。烧结气氛为真空，真空度控制在1X10—2 lX103Pa。保温 结束后采用水淬方式立即淬火。随后，将Ti合金烧结坯进行锻造温度为950 °C，总变形量为70%的等温锻造，以及温度为80(TC，保温时间为2小时的 退火工艺，最终得到高密度复杂形状钛合金制品。实施例2采用一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉 末进行混合，其中，钛粉的粒度配比为-150目 +250目钛粉占73wt呢， -250 +400目钛粉占27wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别 为Al元素占4.5wt%， V元素占3wt。/。， Fe元素占2wt。/。， Mo元素占lwto/0。混合均匀后，采用压制压力为400MPa的冷等静压方式进行粉末成形。在随 后的多阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在IO(TC的低温阶段保温1小时， 随后以15°C/min的升温速率加热至900°C，再以4°C/min的升温速率加热 至132(TC，并保温4小时。烧结气氛为氩气保护。保温结束后采用油淬方 式立即淬火。随后，将Ti合金烧结坯进行锻造温度为IOO(TC，总变形量为 60%的普通模锻，以及温度为750。C，保温时间为3小时的退火工艺，最终 得到高密度复杂形状钛合金制品。 实施例3将一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 进行混合，其中，钛粉的粒度配比为-100目 +200目钛粉占71wt。/。， -250 目钛粉占29wt。/。；添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别为Al元素 占3wt。/。， V元素占2wt96， Fe元素占O. 4wt%， Mo元素占O. 3wt%。混合均匀 后，采用压制压力为400MPa的浮动阴模单向模压方式进行粉末成形。在随 后的多阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在9(TC的低温阶段保温2小时， 随后以20°C/min的升温速率加热至800°C，再以3°C/min的升温速率加热 至120(TC，并保温7小时。烧结气氛为真空，真空度控制在1X1(T2 1X 10—3Pa.保温结束后采用水淬方式立即淬火。随后，将Ti合金烧结坯进行锻 造温度为90(TC，总变形量为90%的等温锻造，以及温度为820'C，保温时 间为2小时的退火工艺，最终得到高密度复杂形状钛合金制品。实施例4将一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 进行混合，其中，钛粉的粒度配比为:-150目 +200目钛粉占82wt。/。，-300 +400目钛粉占18wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分别为Al元素占7wt。/。， V元素占5wt。/d， Fe元素占2.8wty。， Mo元素占1.7wty。。混合 均匀后，采用压制压力为800MPa的浮动阴模双向模压方式进行粉末成形。 在随后的多阶段烧结工艺中，首先将成形坯体在20(TC的低温阶段保温10 分钟，随后以5'C/min的升温速率加热至88(TC，再以TC/min的升温速率 加热至135(T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高密度复杂形状钛合金制品的粉末冶金方法，它是一种采用Ｔｉ粉，以及含有Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ和Ｍｏ元素的添加粉末为原料，经过粉末冶金工艺制备高密度复杂形状钛合金制品的技术，其基本工艺路线为：原料粉末粒度配比及成份配比→混料→压制成形→烧结→烧结后淬火→锻造及热处理，其特征在于：将一定粒度分布的Ｔｉ粉，以及含有Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ和Ｍｏ元素的添加粉末进行混合，得到混合粉末；采用冷压成形方式，将混合粉末制成粉末生坯；在烧结过程中，采用以中低温快速升温和高温慢速升温为主的多阶段加热工艺；加热工艺完成后立即进行淬火处理，制备Ｔｉ合金烧结坯；随后，通过锻造和后序退火工艺制备最终高密度复杂形状钛合金制品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，
申请(专利权)人：贵州钛易科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：52[中国|贵州]