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注射成形及等离子制备Ti-6Al-4V工艺研究

席健  
【摘要】:Ti-6Al-4V是等轴马氏体α+β两相钛合金,具有低密度,高强度,良好的耐蚀性和力学性能优异等特点,广泛的应用在航空航天、造船、化工、冶金、医疗等领域,已经成为世界上用量最大的钛合金。但其合金的机械加工性能差,大量生产形状复杂的钛合金制品相当困难,论文探索采用金属粉末注射成形工艺,利用其近净成形特点进行钛合金成型工艺研究;同时采用等离子烧结技术制备钛合金,试图利用其合金晶粒均匀、致密度高,力学性能强,缩短烧结时间,减少能耗等特点,期望提高钛合金制品的生产效率。 目前国内利用注射成形和等离子烧结两种加工技术制备Ti-6Al-4V合金材料的研究较少,特别是等离子烧结制备Ti-6Al-4V合金还没有相关报道,鉴于此,本文以机械合金化制备Ti-6Al-4V预合金粉末,采取注射成形和等离子烧结两种不同的方法制备Ti-6Al-4V合金制品,通过SEM技术、TEM技术、XRD技术、金相显微技术等现代分析手段对实验工作进行组织及机理分析。 Ti-6Al-4V合金粉末预磨过程中,随着球磨时间的延长,延性粉末Ti颗粒与硬脆粉末6Al-4V形成层状复合组织,不断细化;继续球磨到一定程度后,Ti会掠夺6Al-4V中的Al元素形成固溶体,晶格常数增大,Ti和V会形成相互固溶的β,其峰值变尖锐。 注射成形过程中,以合金化粉末为原料,采用低密度聚乙烯-石蜡-硬脂酸传统粘结剂体系,装载量为65%,可以得到适宜的注射喂料。最佳的注射工艺参数为:注射温度为140℃,注射压力为120MPa,注射速度为60%,保压压力20MPa。粘结剂的脱除采用两步脱脂法,先在二氯甲烷中温度为45℃浸泡8h可脱除50-55%粘结剂,然后在高纯氩气氛中于550℃下热脱脂可将剩余粘结剂脱除。1250℃真空烧结,致密度能达到93.42%,抗压强度为696.232MPa,压缩断裂时,解理主要是沿晶脆性断裂为主。 等离子烧结Ti-6Al-4V合金,其组织均匀,晶粒细小,没有有出现异常晶粒长大,压缩断裂时,解理主要是沿晶脆性断裂为主,球磨40h粉末1100℃等离子烧结,抗压强度为可达到1885.19MPa。


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