[发明专利]一种耐磨钛合金材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种耐磨钛合金材料及其制备方法。

背景技术

在金属材料领域中, 耐磨钛合金作为低成本耐磨材料一直受到普遍重视。

CN200610067458.4号申请涉及一种钛合金及其用。所述钛合金的组成为：Al＝3.5wt％～37wt％；V＝0.02wt％～3.5wt％；Ni＝0.05wt％～2wt％；Ti＝余量。其钛合金还可以包含0.05wt％～24wt％的Nb、0.1wt％～5wt％的Mn和少于0.5wt％的Fe。但其抗拉强度、线摩擦率和伸长率仍较低，该合金的耐磨性能有待改进。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐磨钛合金材料，该材料具有良好的性能。

本发明的另一目的是提供一种耐磨钛合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

一种耐磨钛合金材料，其特征在于：该材料以钛合金为基体，在基体中分布着由合金钢丝和铁丝形成的金属丝团，所用合金钢丝和铁丝直径均为1-2mm，材料中合金钢丝与铁丝的总体长度相当，金属丝团的直径为10-15cm，两种金属丝占材料的体积百分比为10-35%；

钛合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为1-1.5%，Cu 为4％～6％，Zr 为0.02％～0.04％，Gd 为1％～3％，Si 为0.8％～1.5％，其余为Ti；

合金钢丝的化学成分的重量百分含量：C 为0.32%-0.45%；Cr 为4.75%-5.5%；Mo 为1.1%-1.75%；Si 为0.8%-1.2%,其余为Fe；

铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.05-0.09%，Si为0.2%～0.3%,Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

所述基体中还分布有TiN颗粒。

一种耐磨钛合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

合金钢丝及渗氮铁丝的准备：分别取直径为1-2mm、成分重量百分含量：C 为0.32%-0.45%；Cr 为4.75%-5.5%；Mo 为1.1%-1.75%；Si 为0.8%-1.2%,其余为Fe的合金钢丝；以及直径为1-2mm、成分重量百分含量：C为0.05-0.09%，Si为0.2%～0.3%,Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝；合金钢丝与铁丝二者的总体长度相当，合金钢丝和铁丝两种金属丝占材料的体积百分比为10-35%；按常规方法在铁丝表面进行渗氮处理制备渗氮铁丝；渗氮层的厚度为200-300微米；

按清洁球生产的常规方法将上述合金钢丝与渗氮铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由合金钢丝和铁丝共占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；

钛合金基体的准备：按重量百分含量Al为1-1.5%， Cu 为4％～6％，Zr 为0.02％～0.04％，Gd 为1％～3％，Si 为0.8％～1.5％，其余为Ti进行配料；将钛合金基体在感应电炉中熔化制备钛合金液，熔化温度为1690-1720℃；

将上述钛合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态合金液将合金钢丝及渗氮铁丝包围，然后冷却凝固，得到以钛合金为基体的其中分布有金属丝团的耐磨材料。

    本发明相比现有技术的有益效果如下：

（1）本发明耐磨钛合金材料中的合金钢丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的耐磨。在浇注中高温液态钛将部分合金钢丝及铁丝熔融，合金钢丝及铁丝和铁丝渗氮层中的N、Cr、Fe进入液态钛中，与钛形成TiN、TiCr₂、TiFe₂等特殊化合物，弥散增强钛合金；未熔的合金钢丝及铁丝与钛合金冶金结合，对钛合金起到增强增韧的作用，同时具有耐磨增强作用，特别是TiN的作用最大。Cu 和Si在钛中形成Ti₃Si和CuTi₂，也对钛合金起到增强增韧和耐磨的作用。

（2）材料中的Zr和Gd与Ti不形成化合物，对钛合金的组织具有显著细化的作用，有助于材料增强增韧和耐磨的提高。