[发明专利]一种低成本钛合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金制备技术领域，具体涉及一种低成本钛合金的制备方法。

背景技术

钛具有比重轻，耐腐蚀，比强度高等一系列优点，广泛应用于航空航天、船舶、生物医学、民用汽车等领域。但钛在提炼和加工过程中容易与O、N、H等元素发生反应，因此加工成本较高，限制了其在民用领域的广泛应用。

Ti-1.5Fe-2.5Mo（wt%）是一种在汽车上有应用前景的钛合金，可以用来制造排气阀门等组件。但和钢铁相比，其成本仍然较高。通过元素混合、压制、致密化烧结的粉末冶金工艺先制备出致密的预制件，再通过锻造加工工序，是制造低成本钛合金汽车零件的一个途径。但粉末冶金工艺选用的成本较低、粒度较细（利于致密化烧结）的氢化脱氢（HDH）钛粉末或氢化钛粉末（D₅₀=10～20μm），其氧含量较高（4000～6000ppm）或者烧结过程中由于氢的脱除容易产生裂纹，从而降低了零件的塑性和疲劳等性能。

为了改善塑性和疲劳等性能，有一种途径是添加稀土Y等元素，并相应微调其它成分，通过稀土元素对合金中氧的“净化”作用，来提高合金塑性和疲劳等性能。但随着稀土价格的提升，通过添加稀土元素的途径不能有效降低零件成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低成本钛合金的制备方法。该方法采用粒度较粗的纯钛粉为原料，由于钛粉比表面积的减小，大大降低了钛粉氧含量，从而控制Ti-1.5Fe-2.5Mo合金中的氧含量，进一步提高了Ti-1.5Fe-2.5Mo合金零件的塑性和疲劳性能；制备过程中不需要额外添加稀土元素Y和调整其它元素成分，即可获得塑性和疲劳性能均较好的Ti-1.5Fe-2.5Mo合金，同时不需要使用氢化钛粉末，降低了合金生产成本，简化了生产工艺，增加了合金零件性能的稳定性；另外，通过调整优化致密化烧结温度和保温时间，使粉末烧结颈得到良好发育，从而提高了Ti-1.5Fe-2.5Mo合金的致密度，制备的Ti-1.5Fe-2.5Mo合金的相对密度达到97%以上，抗拉强度达到850MPa以上，延伸率不小于15%，断面收缩率不小于20%。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低成本钛合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据Ti-1.5Fe-2.5Mo合金的名义成分将钛粉和MoFe中间合金粉末按配比混合均匀，得到混合粉末；所述Ti-1.5Fe-2.5Mo合金中Fe的质量百分含量为1.5%，Mo的质量百分含量为2.5%，余量为Ti和其他不可避免的杂质；所述钛粉的平均粒度为45μm～80μm，钛粉的氧质量含量为1700ppm～2800ppm；所述MoFe中间合金粉末的平均粒度为30μm～74μm，MoFe中间合金粉末的氧质量含量≤3000ppm；

步骤二、将步骤一中所述混合粉末经冷等静压方式压制成型，得到粉末压坯；

步骤三、将步骤二中所述粉末压坯置于高温烧结炉中，在温度为1250℃～1350℃的真空条件下烧结3h～4h，得到相对密度为97%以上的Ti-1.5Fe-2.5Mo合金。

上述的一种低成本钛合金的制备方法，步骤一中所述钛粉为氢化脱氢法制备的氢质量百分含量不大于0.001%的纯钛粉。

上述的一种低成本钛合金的制备方法，通过调整钛粉的粒度来控制Ti-1.5Fe-2.5Mo合金中的氧含量，从而达到提高合金综合性能的目的，并降低合金成本。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用粒度较粗，即平均粒度（D₅₀）为45μm～80μm的纯钛粉为原料，由于钛粉比表面积的减小，大大降低了钛粉氧含量（1700ppm～2800ppm），从而控制Ti-1.5Fe-2.5Mo合金中的氧含量，进一步提高了Ti-1.5Fe-2.5Mo合金零件的塑性和疲劳性能。

2、本发明采用平均粒度（D₅₀）为45μm～80μm的纯钛粉，以及平均粒度为30μm～74μm的MoFe中间合金粉末为原料，通过调整优化致密化烧结温度和保温时间，使粉末烧结颈得到良好发育，从而提高了Ti-1.5Fe-2.5Mo合金的致密度。

3、本发明不需要额外添加稀土元素Y和调整其它元素成分，即可获得塑性和疲劳性能均较好的Ti-1.5Fe-2.5Mo合金；同时不需要使用氢化钛粉末，降低了合金生产成本，简化了生产工艺，增加了合金零件性能的稳定性。