一种颗粒增强钛基复合材料的粉末冶金方法.pdf

一种颗粒增强钛基复合材料的粉末冶金方法，涉及一种粉末冶金方法，特别是含有颗粒增强相的粉末冶金钛基复合材料的粉末冶金方法。其特征在于在采用粉末冶金钛合时，在配制的粉末中加入碳化铬，加入量以C含量计为5Vol％－15Vol％，混料后，经冷等静压成型，经过1200℃～1300℃、1～6h真空烧结制得含颗粒增强相TiC粒子钛合金。本发明的粉末钛基复合材料在烧结过程中，钛与碳化铬发生原位合成反应，生成TiC颗粒增强相，由于第二相粒子的出现，细化了合金晶粒，阻碍了合金中裂纹的扩展，从而提高了合金的性能。

1.  一种颗粒增强钛基复合材料的粉末冶金方法，其特征在于在采用粉末冶金钛合时，在配制的粉末中加入碳化铬，加入量以C含量计为5Vol％-15Vol％，混料后，经冷等静压成型，经过1200℃～1300℃、1～6h真空烧结制得含颗粒增强相TiC粒子钛合金。

一种颗粒增强钛基复合材料的粉末冶金方法
技术领域
一种颗粒增强钛基复合材料的粉末冶金方法，涉及一种粉末冶金方法，特别是含有颗粒增强相的粉末冶金钛基复合材料的粉末冶金方法。
背景技术
颗粒增强钛基复合材料因具有高的比强度、比模量以及高的耐磨性能而成功的试制出汽车发动机的气门阀，连杆，golf击球头板，及滑雪板等。但由于复合材料强度高，变形抗力大，使其加工变成难点，从而限制了颗粒增强钛基复合材料的应用。
粉末冶金是一种近净成型技术，避免熔铸法生产过程中出现的组织、成分偏析，晶粒粗大的问题，并且颗粒增强相的粒度和体积分数可以在较大的范围内调整。但由于钛的活性高，粉末表面极易形成氧化膜，阻碍其烧结致密化，使粉末冶金颗粒增强钛基复合材料的发展与应用受到了限制。随着热等静压、粉末注射成型等技术的发展，完全致密化的颗粒增强钛基复合材料的制备已成为可能，但受其制备工艺及设备的限制，生产效率低，成本高。
原位合成工艺是获得颗粒增强钛基复合材料的一种方法，这种方法制备的复合材料，避免了在颗粒增强相内部产生空洞和裂纹，更有利于保证材料的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种室温力学性能良好的低成本颗粒增强钛基复合材料的粉末冶金方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种颗粒增强钛基复合材料的粉末冶金方法，其特征在于在采用粉末冶金钛合时，在配制的粉末中加入碳化铬，加入量以C含量计为5Vol％-15Vol％，混料后，经冷等静压成型，经过1200℃～1300℃、1～6h真空烧结制得含颗粒增强相TiC粒子钛合金。
本发明的方法避免采用昂贵的热等静压、粉末注射成型工艺，选择一次烧结的方法，通过添加碳化铬粉末，利用固相反应来原位合成TiC颗粒增强相，且与钛合金的界面结合良好，从而得到高性能的复合材料。
本发明方法的钛合金包括Ti-6Al-4V系、Ti-Fe-Mo-Al(Fe：1wt％～3wt％，Mo：1wt％～3wt％，Al：0.3wt％，Nd：1.0wt％)系也可推广到其它α、α+β或β钛合金。碳元素的含量为C％≥0，C％≤15Vol％，余量为Ti和不可避免的杂质。
本发明钛合金的制备工艺为常规粉末冶金压制、烧结的工艺，其中碳元素以碳化铬粉末的形式加入，所有已知的粉末混合法都可使用。本发明的粉末钛基复合材料在烧结过程中，钛与碳化铬发生原位合成反应，生成TiC颗粒增强相，由于第二相粒子的出现，细化了合金晶粒，阻碍了合金中裂纹的扩展，从而提高了合金的性能。检测其力学性能，室温拉伸性能为：σ_b：730～1330MPa，σ_0.2：640～1280MPa，δ₅：1.0～7.0％。通过添加碳化铬粉末，利用固相反应来原位合成颗粒增强相，用混合元素法，真空烧结后得到高的合金性能，并可以降低生产成本。
具体实施方式
一种颗粒增强钛基复合材料的粉末冶金方法，在采用粉末冶金钛合时，在配制的粉末中加入碳化铬，加入量以C含量计为5Vol％-15Vol％，混料后，经冷等静压成型，经过1200℃～1300℃、1～6h真空烧结制得含颗粒增强相TiC粒子钛合金。
本发明钛合金的制备工艺为常规粉末冶金压制、烧结的工艺，其中碳元素以碳化铬粉末的形式加入，所有已知的粉末混合法都可使用。准备好的粉末经冷等静压成型。经过1200℃～1300℃、1～6h真空烧结。
实例1
取平均粒度为10.4μm、氧含量为0.34wt％的氢化脱氢钛粉，平均粒度小于44μm、氧含量0.43wt％的铝钒合金粉、平均粒度小于44μm、氧含量为0.20wt％的碳化铬粉，碳化铬量按碳占总配料5Vol％比例计算，其它成份按名义合金万分配料，混合后经等静压压制成粉末冶金圆柱状标准拉伸试样(GB/T7963-1987)，1300℃烧结得到的1#试样。
实例2
取平均粒度为10.4μm、氧含量为0.34wt％的氢化脱氢钛粉，平均粒度小于44μm、氧含量0.43wt％的铝钒合金粉，平均粒度小于44μm、氧含量为0.20wt％的碳化铬粉，按碳占总配料含量5Vol％比例混合碳化铬，其他成份按成义合金成份配料，经等静压压制成粉末冶金圆柱状标准拉伸试样(GB/T7963-1987)，1200℃烧结得到的2#试样。
实例3
取平均粒度为10.4μm、氧含量为0.34wt％的氢化脱氢钛粉，平均粒度小于44μm、氧含量0.43wt％的铝钒合金粉，平均粒度小于44μm、氧含量为0.20wt％的碳化铬粉，及平均粒度小于44μm、氧含量为0.51wt％的钕铝合金粉，按碳占总配料量5Vol％比例加入碳化铬，其它成份按名义合金成份配料，混合后经等静压压制成粉末冶金圆柱状标准拉伸试样(GB/T7963-1987)，1300℃烧结得到的3#试样。
实例4
取平均粒度为10.4μm、氧含量为0.34wt％的氢化脱氢钛粉，平均粒度小于44μm、氧含量0.43wt％的铝钒合金粉，平均粒度小于44μm、氧含量为0.20wt％的碳化铬粉，及平均粒度小于44μm、氧含量为0.51wt％的钕铝合金粉，按碳占总配料量为5Vol％地比例加入碳化铬，基它成份按合金名义成份配料，经等静压压制成粉末冶金圆柱状标准拉伸试样(GB/T7963-1987)，1200℃烧结得到的4#试样。
实例5
取平均粒度为10.4μm、氧含量为0.34wt％的氢化脱氢钛粉，平均粒度小于44μm、氧含量0.43wt％的铝钒合金粉，平均粒度小于44μm、氧含量为0.20wt％的碳化铬粉，按碳占总配料量10Vol％比例加入碳化铬，其它成份按名义合金成份配料，经等静压压制成粉末冶金圆柱状标准拉伸试样(GB/T7963-1987)，1200℃烧结得到的5#试样。
实例6
取平均颗度为10.4μm、氧含量为0.34wt％的氢化脱氢钛粉，平均粒度小于44μm、氧含量0.43wt％的铝钒合金粉，平均粒度小于44μm、氧含量为0.20wt％的碳化铬粉，及平均粒度小于44μm，氧含量为0.51wt％的钕铝合金粉，碳化铬加入量按碳占总配料量10Vol％比例计算，其它成份按名义成份配料，经等静压压制成粉末冶金圆柱状标准拉伸试样(GB/T7963-1987)，1200℃烧结得到的6#试样。
实例7
取平均颗度为10.4μm、氧含量为0.34wt％的氢化脱氢钛粉，平均粒度小于44μm、氧含量0.43wt％的铝钒合金粉，平均粒度小于44μm、氧含量为0.20wt％的碳化铬粉，及平均粒度小于44μm、氧含量为0.51wt％的钕铝合金粉，按碳占总配料量15Vol％比例加入碳化铬，其他成份按名义合金成份配料，经冷等静压压制成粉末冶金圆柱状标准拉伸试样(GB/T7963-1987)，1300℃烧结得到的7#试样。
实例8
10.4μm，氧含量为0.34wt％的氢化脱氢钛粉，平均粒度小于44μm，氧含量0.56wt％的铁钼合金粉，平均粒度小于44μm，氧含量为0.51wt％的钕铝合金粉及平均粒度小于44μm，氧含量为0.20wt％的碳化铬粉，按碳占总配料量的5Vol％比例加入碳化铬，其他成份按名义合金成份配料，经等静压压制成粉末冶金圆柱状标准拉伸试样(GB/T7963-1987)，1200℃烧结得到的8#试样。
实例9
取平均颗度为10.4μm、氧含量为0.34wt％的氢化脱氢钛粉，平均粒度小于44μm、氧含量0.56wt％的铁钼合金粉，平均粒度小于44μm、氧含量为0.51wt％的钕铝合金粉及平均粒度小于44μm、氧含量为0.20wt％的碳化铬粉，按碳计占总配料量10Vol％比例加入碳化铬，其它成份按名义合金成分配料混合，经等静压压制成粉末冶金圆柱状标准拉伸试样(GB/T7963-1987)，1200℃烧结得到的9#试样。
实例10
取平均颗度为10.4μm、氧含量为0.34wt％的氢化脱氢钛粉，平均粒度小于44μm、氧含量0.56wt％的铁钼合金粉，平均粒度小于44μm、氧含量为0.51wt％的钕铝合金粉及平均粒度小于44μm，氧含量为0.20wt％的碳化铬粉，按碳占总配料的10Vol％计算碳化铬，其它成份按名义合金成分配料，经等静压压制成粉末冶金圆柱状标准拉伸试样(GB/T7963-1987)，1300℃烧结得到的10#试样。
                                 表1  样品合金性能