注射成形钛合金的研究

【摘要】：钛合金性能优良、用途广泛，但机加工性能差，金属粉末注射成形技术(MIM)成为一种很有前途的钛合金成形技术。本文探讨了如何运用注射成形技术制备性能良好的钛合金，包括分别以氢化—脱氢(HDH)钛粉和氢化钛粉为原料制备MIM Ti-6Al-4V合金两部分内容。通过金相显微技术、扫描电镜分析、能谱分析、X射线衍射分析、热重分析及差热分析等现代分析手段开展了大量的实验工作及理论分析。 研究了以HDH钛粉为原料制备MIM Ti-6Al-4V合金的工艺过程。实验表明，采用油-石蜡-聚烯烃粘结剂体系、装载量选取55％，可得到适宜注射的喂料。最佳的注射工艺参数为：注射温度为152±2℃，模温为38℃，注射压力为系统压力的65％。粘结剂的脱除采用两步脱脂法，先用CH_2Cl_2浸泡成形坯4h可脱除58％～60％粘结剂，然后在氩气氛中于720℃下热脱脂可以将坯件中粘结剂脱除完全；热脱脂的理想脱脂工艺为：(?)随炉冷却。烧结过程中，在密封性能良好的真空烧结炉中于10~(-3)Pa、1250℃下烧结3h可以得到抗拉强度为819MPa、延伸率为7％的拉伸样，其性能已接近国外同等水平，且最终烧结样的杂质含量保持在较低水平。 对以氢化钛粉为原料制备MIM Ti-6Al-4V合金过程中的脱氢／脱脂理论进行了分析，脱氢过程中当氢分压低到10~(-2)Pa时，脱氢反应可在300℃开始进行。分别对粘结剂和氢化Ti-6Al-4V粉进行热重分析及差热分析可知，热脱脂过程中粘结剂的热分解温度范围在172℃—513℃之间，原料混合粉末的脱氢温度段在350℃—700℃之间。因此，当脱脂在10~(-2)Pa下、于720℃进行时，可以同时将脱脂坯中的氢元素脱除。实验中由于真空脱脂条件受到限制，选择了另一条脱脂／脱氢—烧结途径，即先将坯件在氩气氛中于720℃下热脱脂，然后在10~(-3)Pa真空烧结炉中脱氢—烧结，得到的产品氢含量0.014wt％，在Ti-6Al-4V合金间隙元素含量的标准范围内。