一種高致密度細(xì)晶鈦合金的熱等靜壓制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，尤其是鈦合金領(lǐng)域，具體為一種高致密度細(xì)晶鈦合金的熱等靜壓制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金通常具有高強(qiáng)度、高重量比、耐腐蝕的特性，并且在適度高溫下抗蠕變。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，鈦合金常被用于航空和航天應(yīng)用中，包括起落架構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件、壓縮機(jī)葉片、液壓系統(tǒng)部件和發(fā)動(dòng)機(jī)艙的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)中。
[0003]目前，航空用鈦合金零部件的制造方法主要包括鑄造、熔煉鍛造和粉末冶金等。與粉末冶金鈦合金制備技術(shù)相比，采用鑄造、熔煉鍛造兩種方法生產(chǎn)鈦合金，存在周期長(zhǎng)、能耗高、材料利用率低的問題，這在一定程度上阻礙了鈦材料的應(yīng)用和推廣。
[0004]而粉末冶金法作為一種高產(chǎn)量、低成本、生產(chǎn)近凈成型部件的方法，其不僅能最大限度地減少成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織，而且均勻性和機(jī)械性能完全得到保證，能很好地控制零部件的尺寸穩(wěn)定性和重復(fù)性。
[0005]然而，采用傳統(tǒng)粉末冶金法制備鈦合金時(shí)，存在如下兩方面的缺陷:
1)致密度較低，由于鈦的活性較大，容易吸附并形成一層致密氧化膜，導(dǎo)致采用傳統(tǒng)粉末冶金法所制備鈦合金的致密度僅能達(dá)到95%左右；
2)顯微組織較為粗大，采用傳統(tǒng)粉末冶金法所制備鈦合金的力學(xué)性能，尤其是室溫塑性非常低。
[0006]針對(duì)前述問題，迫切需要一種新的方法，以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)目前采用傳統(tǒng)粉末冶金法所制備的鈦合金存在致密度較低，顯微組織較為粗大的問題，提供一種高致密度細(xì)晶鈦合金的熱等靜壓制備方法。本發(fā)明制備鈦合金的致密度可達(dá)到100%，且具有晶粒尺寸細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)異、比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，能夠滿足航空、航天領(lǐng)域?qū)Ω咧旅芏取⒏咝阅茆伜辖鸬男枨?。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，能夠有效解決前述問題，對(duì)于鈦合金的制備具有重要意義。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種高致密度細(xì)晶鈦合金的熱等靜壓制備方法，包括如下步驟:
(1)制備鈦合金混合粉末
按鈦合金的配比稱取各組分，將稱取的組分記為原料，分別將原料、鈦磨球、研磨介質(zhì)放入球磨罐中，將球磨罐密封后進(jìn)行濕法研磨，球磨罐的轉(zhuǎn)速為100?320r/min，研磨I?10小時(shí)，然后將鈦磨球分離，得到漿料，漿料經(jīng)沉淀、干燥后，得到鈦合金混合粉末；
(2)冷等靜壓成型
將步驟I得到的鈦合金混合粉末裝入軟模后，采用冷等靜壓成型，得到坯料；
(3)致密體燒結(jié)將步驟2得到的坯料進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000°C?1350°C，保溫10min~240min，冷卻得到燒結(jié)樣品；
(4)熱等靜壓致密化
將步驟3得到的燒結(jié)樣品進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，熱等靜壓溫度為900°C?1350°C，保壓0.5?180min，冷卻得到致密化樣品；
(5)脫模
將步驟4得到的致密化樣品脫模后，即得鈦合金；
所述步驟I中，原料、鈦磨球、研磨介質(zhì)的質(zhì)量比為I?2: 4?10: I?4;
所述步驟2中，冷等靜壓成型的壓力為100?270MPa，時(shí)間5?60min。
[0009]所述步驟I中，球磨介質(zhì)為無水乙醇。
[0010]所述鈦磨球的直徑為5?10mm。
[0011]所述球磨罐為不銹鋼球磨罐。
[0012]所述步驟3中，冷卻速率為1°C /min ~3°C /min。
[0013]所述步驟4中，冷卻速率為1°C /min ~3°C /min。
[0014]針對(duì)前述問題，本發(fā)明提供一種高致密度細(xì)晶鈦合金的熱等靜壓制備方法，其包括制備鈦合金混合粉末、冷等靜壓成型、致密體燒結(jié)、熱等靜壓致密化、脫模等步驟。采用本發(fā)明所制備的鈦合金致密度可達(dá)100%，且晶粒尺寸細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)異、比強(qiáng)度高。
[0015]本發(fā)明中，首先制備鈦合金混合粉末。按鈦合金的配比，稱取鈦粉及其它粉末，并將原料(鈦粉及其它粉末)、鈦磨球、研磨介質(zhì)按I?2: 4?10: I?4質(zhì)量比混合后，放入不銹鋼球磨罐中，將球磨罐密封好后，置入行星式球磨機(jī)上進(jìn)行濕法研磨。球磨罐的轉(zhuǎn)速為100?320r/min，研磨時(shí)間為I?10小時(shí)。研磨后，用100目金屬網(wǎng)篩將鈦磨球和楽料分離，并將漿料進(jìn)行沉淀、干燥，得到鈦合金混合粉末。然后將鈦合金混合粉末依次進(jìn)行冷等靜壓成型、致密體燒結(jié)，所得燒結(jié)樣品的致密度為90°/『98%。燒結(jié)樣品再進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，冷卻得到致密化樣品，致密化樣品脫模后，即得鈦合金。經(jīng)測(cè)定，所制得的鈦合金致密度可達(dá)100%，且晶粒尺寸細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)異、比強(qiáng)度高。
[0016]本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有粉末冶金制備鈦合金難以燒結(jié)致密，合金的力學(xué)性能較低的問題，所制備的鈦合金致密度可達(dá)100%，且晶粒尺寸細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)異、比強(qiáng)度高，可應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件等，有利于鈦合金相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，具有較好的應(yīng)用前景，值得大規(guī)模推廣和應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0018]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0019]實(shí)施例1
I)按T1-V-Cr合金的配比，稱取鈦粉及其它粉末，并將稱取的組分與鈦磨球、無水乙醇按1: 4:1質(zhì)量比混合后，放入不銹鋼球磨罐中，其中鈦磨球的粒徑為5_。將球磨罐密封好后，置入行星式球磨機(jī)上，進(jìn)行濕法研磨，球磨罐的轉(zhuǎn)速為100r/min，研磨時(shí)間為I小時(shí)。研磨后，用100目金屬網(wǎng)篩將鈦磨球和漿料分離，漿料經(jīng)沉淀、干燥后，得到鈦合金混合粉末。
[0020]2)將步驟I得到的鈦合金混合粉末裝入軟模后，采用冷等靜壓成型，壓力為10MPa,時(shí)間5min，得到坯料。
[0021]3)將冷等靜壓后的坯料進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000°C，保溫lOmin，冷卻得到燒結(jié)樣品，燒結(jié)樣品的致密度為90%。
[0022]4)將真空燒結(jié)后的燒結(jié)樣品進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，熱等靜壓溫度為1350°C，保壓時(shí)間為180min，冷卻得到致密化樣品，冷卻速率:1°C /min ~3°C /min。
[0023]5)熱等靜壓后的致密化樣品經(jīng)脫模后，即得鈦合金。經(jīng)測(cè)定，鈦合金的致密度為100%，平均晶粒尺寸約為25 μ m，合金強(qiáng)度優(yōu)于920MPa。