一種Ti-6Al-4V合金的熱壓燒結(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金的熱壓燒結(jié)技術(shù)，具體是指一種鈦合金的熱壓燒結(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦由于具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、生物相容性優(yōu)異等特點被廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)用等行業(yè)。但傳統(tǒng)鈦及鈦合金加工工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，嚴(yán)重阻礙了鈦的進(jìn)一步市場應(yīng)用。粉末冶金作為一種近凈成形方法，可以降低生產(chǎn)成本，尤其適合于鈦這樣昂貴的材料。因此，目前鈦及鈦合金的粉末冶金技術(shù)已成為研宄熱點。
[0003]航空航天、生物醫(yī)用等高新技術(shù)行業(yè)對粉末鈦合金性能要求高，原材料一般需采用高品質(zhì)的球形鈦合金粉末。鈦由于具有加工硬化速率高的特點，采用傳統(tǒng)模壓方法比較難以致密化。尤其是球形鈦合金粉末更是難以致密化，目前一般采用熱等靜壓方法進(jìn)行成形固結(jié)，成本非常高。熱壓方法與熱等靜壓方法一樣，成形伴隨著固結(jié)，適用于燒結(jié)球形鈦合金粉末，但成本低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種具有優(yōu)良綜合力學(xué)性能的T1-6A1-4V合金的熱壓燒結(jié)方法。
[0005]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):將4~6:6~4質(zhì)量比的50~75 μ m和300~420 μπι的T1-6A1-4V合金粉混合均勻；將合金粉置于模具中，按升溫速率5~10°C /min，在溫度1050~1200°C，壓力30~50MPa，真空度彡KT3Pa下，燒結(jié)40~60min，即獲得本發(fā)明所述的粉末鈦合金。
[0006]研宄發(fā)現(xiàn)，利用不同粒徑的球形T1-6A1_4V粉，采用真空熱壓方法進(jìn)
行燒結(jié)，當(dāng)燒結(jié)溫度超過1100°C時，樣品的致密度達(dá)到98%以上，接近熱等靜壓的水平，微觀形貌為a-Ti+f3-Ti等軸晶。原始粉末越細(xì)，燒結(jié)樣品晶粒尺寸越小，燒結(jié)樣品的塑性越好。在燒結(jié)溫度為1100°C，升溫速率為6°C /min、保溫時間為60min的條件下，當(dāng)粒徑為50-75 μ m(200-270目)時，樣品延伸率為15.2%。當(dāng)粒徑增大到300-420 μ m(40-50目)時，樣品延伸率只有3.9%，為脆性斷裂，基本不能作為結(jié)構(gòu)材料使用。
[0007]研宄還發(fā)現(xiàn)，將50~75 μπι的細(xì)粉按一定比例加入300~420 μπι粗粉中，可以形成細(xì)晶和粗晶混合的微觀組織，大幅提高其塑性，延伸率接近純細(xì)粉燒結(jié)產(chǎn)品的水平。如果低于此比例范圍，則對粗粉燒結(jié)產(chǎn)品的性能改善不大。對于高品質(zhì)的球形鈦合金粉，越細(xì)制備成本越高。比如50~75 μπι粉的售價是300~420 μπι粉的10倍以上。采用純細(xì)粉進(jìn)行熱壓燒結(jié)，原材料成本會很高，導(dǎo)致產(chǎn)品缺乏市場競爭力。如果將高品質(zhì)球形鈦合金粉采用粗細(xì)搭配混合，制得粉末鈦合金接近純細(xì)粉燒結(jié)產(chǎn)品的性能，并可大幅降低產(chǎn)品的成本，具有重要的意義。
[0008]本發(fā)明制備方法的原理為:將T1-6A1_4V的粗粉和細(xì)粉按一定比例混合，由于粗粉的晶粒比細(xì)粉的要大，這種原始粉末晶粒大小差異會相應(yīng)遺傳在燒結(jié)產(chǎn)品的晶粒中，最終形成粗晶和細(xì)晶混合的微觀組織。通過調(diào)控粗粉和細(xì)粉的比例，可控制燒結(jié)產(chǎn)品粗晶和細(xì)晶的含量，從而影響燒結(jié)產(chǎn)品的力學(xué)性能。這種組織相比單一的粗晶結(jié)構(gòu)，能大幅提高塑性，強(qiáng)度也有所增加。本發(fā)明方法簡單，制備工藝易控制，可有效降低熱壓燒結(jié)T1-6A1-4V合金的成本，有利于其市場應(yīng)用推廣。
【附圖說明】
[0009]圖1為實施例1制備的T1-6A1_4V合金的金相照片。
[0010]圖2為實施例1制備的T1-6A1-4V合金的室溫拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。
【具體實施方式】
[0011]通過如下實施例及其附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實施方式不僅限于此。
[0012]實施例1
將50~75 μ m和300~420 μ m的球形Ti_6Al_4V粉按4:6的比例混合均勻后倒入石墨模具。將模具置于真空熱壓燒結(jié)爐中，抽真空到10_3Pa，壓力30MPa，以6°C /min的燒結(jié)速率升溫到1100°C，保溫60min。隨爐冷卻后得到Ti_6Al_4V合金。其致密度達(dá)到98.1%，室溫抗拉強(qiáng)度為804MPa，延伸率為12.5%。
[0013]實施例2
將50~75 μ m和300~420 μ m的球形Ti_6Al_4V粉按5:5的比例混合均勻后倒入石墨模具。將模具放置于真空熱壓燒結(jié)爐中，抽真空到10_3Pa，壓力40MPa，以10°C /min的燒結(jié)速率升溫到1200°C，保溫50min。隨爐冷卻后得到Ti_6Al_4V合金。其致密度達(dá)到98.3%，室溫抗拉強(qiáng)度為810MPa，延伸率為13.9%。
[0014]實施例3
將50~75 μ m和300~420 μ m的球形Ti_6Al_4V粉按6:4的比例混合均勻后倒入石墨模具。將模具放置于真空熱壓燒結(jié)爐中，抽真空到10_3Pa，壓力50MPa，以8V /min的燒結(jié)速率升溫到1050°C，保溫60min。隨爐冷卻后得到Ti_6Al_4V合金。其致密度達(dá)到98.3%，室溫抗拉強(qiáng)度為814MPa，延伸率為14.5%。
【主權(quán)項】
1.一種T1-6A1-4V合金的熱壓燒結(jié)方法，其特征在于步驟如下:將4~6:6~4質(zhì)量比的50~75 μπι和300~420 μπι的Ti_6Al_4V合金粉混合均勻；將其置于模具中，按升溫速率5-100C /min,在溫度 1050~1200°C，壓力 30~50MPa，真空度彡 KT3Pa 下，燒結(jié) 40~60min，即獲得本發(fā)明所述的T1-6A1-4V合金。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述T1-6A1-4V合金的熱壓燒結(jié)方法，其特征在于50~75μπι和300~420 μπι的T1-6A1-4V合金粉質(zhì)量比為4:6。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Ti-6Al-4V合金的熱壓燒結(jié)方法，其特征在于步驟如下：將4~6:6~4質(zhì)量比的50~75μm和300~420μm的Ti-6Al-4V合金粉混合均勻；將其置于模具中，按升溫速率5~10℃/min，在溫度1050~1200℃，壓力30~50MPa，真空度≤10-3Pa下，燒結(jié)40~60min，即獲得本發(fā)明所述的粉末鈦合金。本發(fā)明方法簡單，制備工藝易控制，可有效降低熱壓燒結(jié)Ti-6Al-4V合金的成本，有利于其市場應(yīng)用推廣。
【IPC分類】B22F1/00, B22F3/14
【公開號】CN104942291
【申請?zhí)枴緾N201510334068
【發(fā)明人】鄒黎明, 毛新華, 劉辛, 蔡一湘
【申請人】廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月17日