CN101637822A - 使用冲击加载制造粉末金属部件的方法 - Google Patents
使用冲击加载制造粉末金属部件的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101637822A CN101637822A CN200910159698A CN200910159698A CN101637822A CN 101637822 A CN101637822 A CN 101637822A CN 200910159698 A CN200910159698 A CN 200910159698A CN 200910159698 A CN200910159698 A CN 200910159698A CN 101637822 A CN101637822 A CN 101637822A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mixture
- titanium
- mould
- compacting
- mixtures
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/045—Alloys based on refractory metals
- C22C1/0458—Alloys based on titanium, zirconium or hafnium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F2003/247—Removing material: carving, cleaning, grinding, hobbing, honing, lapping, polishing, milling, shaving, skiving, turning the surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明涉及使用冲击加载制造粉末金属部件的方法。公开了一种制备钛基金属基体复合材料构件的方法。该方法包括:将钛合金基基体与钛基陶瓷增强体组合以形成一种或多种混合物;将一种或多种混合物放入模具;通过冲击加载压制一种或多种混合物;烧结压制好的一种或多种混合物。在一种形式中,各种混合物可包括不同水平的增强体浓度。以此方式,由本方法产生的构件的不同部分可由制造好的构件的其他部分的不同混合物制成,由此有利于定制的机械特性或相关结构特性。
Description
技术领域
[0001]本发明总的涉及使用粉末冶金来产生增强的钛基结构,更具体地,涉及制造用于汽车及其他运输工具应用的钛合金金属基体复合材料基构件。
背景技术
[0002]粉末冶金(PM)是汽车、轮船、飞机的构件制造中使用的重要工艺。PM典型地包括将金属粉末与合金材料混合,其可被压成近终形状,然后在受控制的气氛下烧结以形成永久冶金结合。名称为《METHOD OF MAKING TITANIUM ALLOY BASED AND TiBREINFORCED COMPOSITE PARTS BY POWDER METALLURGYPROCESS》的在先美国专利申请No.11/955,673(此后称为′673申请)公开了一种制造PM钛瓷复合材料部件(例如发动机连杆)的方法,该方法包括:通过将钛合金基体材料与陶瓷基增强材料混合以形成混合物,压制该混合物,烧结该压制好的混合物并闭模锻造或相变致密化,所述′673申请全部为本发明的申请人所拥有并因此通过引用将其并入。
[0003]因为钛合金具有所需的结构特性,例如高的比强度和优良的耐腐蚀性,所以它们尤其适合于汽车应用,该应用包括发动机中的阀、座圈、阀弹簧、连杆,以及车体及底盘中的传动系及半轴、螺栓及紧固件、螺旋悬架弹簧及排气***。增强体(例如颗粒增强体)可用于增进它们的结构特性,例如弹性模量(刚性的量度)、耐磨性和耐热性。二硼化钛(TiB2)颗粒通常用作这种颗粒增强体,PM是一种用节约成本的方式以TiB2实现颗粒增强的方法,但是也可使用其他陶瓷增强材料,例如碳化钛(TiC)或氮化钛(TiN)。
[0004]然而,需要更高密度的钛基MMC构件。还需要以更短的工艺周期时间和更低的成本得到这种提高密度的构件。
发明内容
[0005]这些需要由本发明满足,其中公开了结合下面讨论的特征的方法与装置。根据本发明的第一方面,公开了制造粉末金属构件的方法,在一种形式中,部件由Ti-6Al-4V/TiB MMC通过粉末冶金制造,并且在更具体的形式中,部件通过冲击加载压制。除了更短的工艺时间和更低的成本以外,冲击加载粉末压制(相比于传统的压制方法)不限于小尺寸应用。而且,在压块中可保持原始粉末特性,合金可由独特成分产生,可制造非化学计量成分和非平衡结构。而且,形成的部件密度接近理论密度,经常超过99%。
[0006]除了上述混合、压制和烧结操作以外,可采取其他可选步骤。构件可为由钛合金基体与分散在基体内的TiB2增强颗粒制造的复合材料。TiB2与元素钛在烧结过程中反应以产生TiB(如制造好的MMC中的增强颗粒),其在钛合金中仅为热力学稳定的。烧结包括将材料加热至稍低于其熔点的温度,使得混合物中的前驱体材料的相异颗粒通过固态扩散而相互附着。烧结可优选地在受控制的气氛中进行以避免氧化及相关污染。
[0007]尽管本领域的技术人员将认识到可使用多种钛基体,但是某些合金显示了尤其适合于结构构件,例如那些在航空航天和汽车应用中遇到的构件。这些包括β钛、α-2钛、γ钛及其组合。可用于本发明的β钛的例子包括具有大约6wt%铝和大约4wt%钒的钛(即,本文中称为Ti-6Al-4V或要不然称为Ti 6-4),以及具有大约6wt%铝,大约2wt%锡,大约4wt%锆和大约2wt%钼的钛(即,Ti 6-2-4-2)。本发明人发现Ti-6Al-4V基于相对丰度,化学相容性和处理便利性在复合材料增强的汽车构件的制造中是特别有用。而且,TiB2为Ti-6Al-4V基复合材料的尤其可相容的增强体。
[0008]在另一个选择中,构件是在飞机、轮船、汽车及相关内燃机中使用的连杆。在本文中,术语“汽车”意图指代不仅轿车,而是卡车、摩托车、公共汽车及相关运输车辆模式。在发动机相关应用中,高机械加载和高温同时存在。汽车构件的其他例子(其中本方法和钛基MMC可发现有益应用)包括:阀、座圈、阀弹簧、螺栓、紧固件、螺旋悬架弹簧及排气***。
[0009]在另一个选择中,将一种或多种混合物放入模具包括可选择地将混合物的一种放入模具内的第一区域,同时可选择地将混合物的另一种放入模具内的第二区域。以此方式,当混合物被压制时,对应于第一区域的构件部分几乎全部由第一种混合物制成,而对应于第二区域的构件部分几乎全部由第二种混合物制成,其中将被理解的是,将两个相异区域桥接到一起的区域通常对应于将毗邻区域的混合物混合而成的过渡区域。在另一个选择中,冲击加载源从机械(例如,压缩的弹簧)、电液压、电磁、压电和***装置构成的组中选择。更具体地,***装置从***冲击加载和电子枪冲击加载构成的组中选择。在另一个选择中,可在构件上进行烧结后加工。
[0010]根据本发明的另一个方面,公开了制造钛基MMC构件的方法。该方法包括:在模具内限定多个区域,布置钛合金基基体与钛基陶瓷增强体的多于一种混合物,使得每种混合物与其他混合物相比具有不同的基体与增强体的比;将第一种混合物放入第一区域;将第二种混合物放入第二区域;在模具中通过冲击加载压制各种混合物;从模具中移走构件并烧结该构件。在该方法中,模具大体上以构件的形式定形。在本文中,术语“大体上”指的是元件或特征的布置,其在理论上被期望呈现准确的一致性或行为,而在实践中执行时有稍许的不准确。这样,该术语表示这样一个程度,数量值、测量值或其他相关表示值可以该程度从规定的基准值改变而不会导致所讨论的目标物基本功能的变化。冲击加载以如下方式作用,压实时,对应于第一区域的构件部分大体上包含第一种混合物,而对应于第二区域的构件部分大体上包含第二种混合物。
[0011]可选地,基体可为β钛、α-2钛、γ钛及其组合中的一种。同样地,增强体包括陶瓷,在具体情况下其为TiB2。在另一个选择中,在构件上进行烧结后操作,例如加工。在该方法的具体形式中,被制造的构件为连杆。在更详细的形式中,多种混合物的第一种包含比第二种混合物更低的增强相浓度。而且,对应于第一种混合物的连杆部分比对应于第二种混合物的连杆部分具有更低的结构或加载要求。这种结构或加载要求的例子包括强度、硬度及材料或构件承载能力的相关度量。
[0012]根据本发明的另一个方面,公开了制造用于内燃机的钛基MMC连杆的方法。该方法包括:将钛合金基基体与钛基陶瓷增强体组合成多种混合物,使得每种混合物与其他混合物相比具有不同的基体与增强体的比。该方法进一步包括:将第一种混合物放入连杆模具的第一区域;将第二混合物放入连杆模具的第二区域;在连杆模具中通过冲击加载压制混合物;从模具中移走连杆并烧结压制好的多种混合物,以此方式来形成连杆。
[0013]可选地,连杆大体上包括Ti-6Al-4V/TiB2MMC。在另一个选择中,冲击加载通过压实元件(例如,活塞)响应于冲击源的移动而完成,所述冲击源从压缩的弹簧、电液压装置、电磁装置、压电装置和***装置及电子枪构成的组中选择。优选地,压实操作在小于1秒的时间内在高度和高压冲击波下发生,更具体地为几分之一秒,更具体地为小于10微秒。
附图说明
[0014]本发明的下列详细描述在结合附图阅读时将最好地被理解,其中相同的结构以相同的附图标记指示,附图中:
图1示出了根据本发明的一个方面生产钛基MMC构件的工艺步骤流程图;
图2示出了用于产生根据本发明的一个方面的冲击加载的冲击波生成装置;
图3示出了根据本发明的一个方面制造的连杆,包括各个分立区域,其中可放置不同TiB2浓度水平;以及
图4A至4F示出了不同量TiB2添加物对Ti-6Al-4V/TiB MMC微观结构的影响。
具体实施方式
[0015]首先参照图1,示出了根据本发明的一个方面生产钛基MMC构件的工艺步骤流程图。该工艺包括各种成分粉末10A、10B到10N(其对应于制成MMC所需的材料数量)的混合10。例如,如果Ti-6Al-4V是主要的基体材料,成分粉末10A到10N可包括单独的钛、氢化钛、铝钒、TiB2及其他粉末。本领域的技术人员将认识到额外的成分(例如粘合料、润滑剂等)还可被包括到由混合10产生的混合物中,尽管这种粘合料和润滑剂不是必须的。混合10之后可为研磨和活化步骤20,接下来通过冲击加载30进行闭模压实,然后烧结40以产生制成的部件。在烧结过程中,有利的是保持真空(例如,在2至8小时的时段内保持大约10-3pa,更具体的时间范围是3至6小时)从而得到99%及以上的理论密度。本领域的技术人员将理解的是,更长的烧结时间可进一步改善烧结后的密度。还可采用额外的烧结后步骤,包括加工50。这种加工50及相关操作的多个例子是可行的,包括去毛刺、表面加压喷丸、复压等。另外,可采用抗氧化步骤,例如通过在烧结之后使用热锻的情况下添加像Al2O3、SiO2和B2O3这样的氧化物或相关的涂层。
[0016]接下来参照图2,示出了以冲击波压实装置300实现冲击加载(还称作冲击压制或冲击加载撞击)的代表性方式。冲击波可由电液压、电磁、压电和***装置产生。冲击波的电液压引发比电磁和压电变体产生更高能量通量密度。***引发包括***冲击加载和电子枪冲击加载;在前者中使用高能***,例如***(TNT),而在后者中,由于薄金属箔***或蒸发,导致薄的介电飞行件向粉末组件加速。电子枪使用最初存储在电容器组中的能量以通过欧姆放电使在折叠的传输线薄层上的薄金属(例如铝)箔加热和***、或蒸发。
[0017]冲击加载用于由前驱体粉末产生致密固体。除了上述Ti-6Al-4V金属粉末和TiB2陶瓷粉末以外,冲击加载可用于压实聚合物粉末或以上粉末的组合。在引发冲击波之前通常处于室温的粉末被移动经过封装好的粉末的冲击前沿压实。在非常短时间内的高速和高压冲击波下,产生了高应变率变形,其趋于使材料由于局部产生的大量热而塑性变形。因为可能没有足够的时间通过热传递而耗散热量,该热量由于绝热效果甚至可局部地熔化颗粒表面。在冲击加载中,冲击波可用于在高压下和非常短的时间内(例如,大约几微秒)产生高速撞击(几米到几百米每秒)。不像传统的PM方式,其不需要粘合料。这样,冲击加载具有增加生坯部件密度的益处(例如,至99%或更高)。
[0018]因为平面冲击波能够提供受控制的波并提供伴随的在被压实的部件内的最大且均匀的压实,所以它们是优选的。***物在组件的顶部由引爆物引爆,这导致冲击波沿着粉末的长度往下冲。通过引爆***物产生的冲击前沿将封装好的粉末压制成固体形式。由冲击前沿施加的压力一般比被压制粉末的剪切应力大几倍。这由于材料的塑性流动和空位的塌陷导致了粉末的塑性变形和压块的致密化。由冲击前沿引起的颗粒与颗粒之间的摩擦、变形的热量以及单个颗粒的高速撞击导致邻近颗粒间的结合。具有高密度的压块(接近理论密度)可使用***压制方法制造。
[0019]***粉末压制的优点(相比于传统的压制方法)包括:该工艺不限于小尺寸应用,在压块中可保持原始粉末特性,合金可由独特成分产生,可制造非化学计量成分和非平衡结构,密度接近理论密度。
[0020]压实装置300包括冲击外壳310,其中压实元件(当前以活塞320的形式示出,但是能够存在其他形式)在外壳310中形成的室330内上下往复运动。上部模子340A和下部模子340B具有相配合的形状,使得当模子340A和340B相互接合时,包含粉末10A、10B......10N的一种或多种的混合物被压实成由相配合的模子340A和340B所指定的形状。如上所述,***粉末压制(或其他冲击加载方式的一种)可用于给予活塞320足够的能量以迫使模子340A和340B之间存有的粉末混合物被压紧。
[0021]具有几种方法来产生冲击波以推动活塞320和上部模子340A(它们可一起形成为一个组件)来撞击置于模子340A和340B之间的压制形状中的粉末10A、10B......10N。首先是通过弹簧-活塞式枪(未示出),其中通过释放枪中的被压缩的成卷带钢,活塞320被向前推动。这仅发生在远小于一秒的时间内,在该段时间期间,由活塞320和上部模子340A组成的组件之间的空气在压缩过程中经受了到几百度的绝热加热。粉末由移动经过封装好的粉末的冲击前沿压实。在非常短时间内的高速和高压冲击波下,材料趋于由于局部产生的大量热而塑性变形。因为可能没有足够的时间通过热传递而耗散热量,该热量由于绝热效果甚至可局部地熔化粉末材料。粉末的塑性变形由高应变率变形引起,并且甚至可在陶瓷材料中发生。冲击波在高压下和非常短的时间内产生高速撞击(10-1000m/s)。产生撞击的其他方法包括电液压、电磁、和压电方法,如上所述。通过引爆***物产生的冲击前沿将封装好的粉末压制成固体形式,由冲击前沿施加的压力一般比被压制粉末的剪切应力大几倍。这还导致了粉末的塑性变形和压实的致密化,其在当前情况下是由于材料的流动和空位的塌陷。颗粒与颗粒之间的摩擦、变形的热量以及由冲击前沿引起的单个颗粒的高速撞击导致邻近颗粒间的结合。具有接近理论最高密度的压块可使用***压制方法制造。在粉末和***物之间一般具有金属层,该层(其为牺牲的)可为由钢或其他金属制造的板。在另一种形式中,取决于部件几何形状,其可为模子的一部分。
[0022]整个冲击加载工艺使用一个冲程、一个模子并产生一个或多个部件。然而,使用除了***冲击加载以外的方法,多个冲程也是可以的。一旦构件经过了冲击加载,该构件可被烧结以进一步改善其密度和强度。对于具有10wt%TiB2的Ti-6Al-4V基的连杆,部件以2至5摄氏度/分钟的速率在1200至1450摄氏度的温度范围内被加热2至8小时。这样,平均烧结温度为大约1300摄氏度,典型的烧结时间为大约3小时。典型的烧结真空度在10-3帕斯卡范围内。更长的烧结时间可显著地改善烧结后的密度。在烧结过程中,扩散导致成分梯度的微观结构在两个不同的TiB2成分区域之间形成。与粉末冶金处理的其他形式相似,可使用冷却方案,其中烧结后和压制后的构件被冷却多个小时。
[0023]接下来参照图3,示出了根据本发明制造的连杆100。该杆100在汽车发动机中使用,作为活塞和曲轴(都没有示出)之间的连接元件来将曲轴的旋转运动变换为活塞的线性往复运动。连杆100的顶部110包括在其中具有轴颈或轴承区域117的增大端部115,该轴颈或轴承区域117容纳活塞销衬套(未示出),而底部120包括在其中具有轴颈或轴承区域127的更大的增大端部125,该轴颈或轴承区域127容纳曲轴轴承(未示出)。螺栓128或相关紧固件将轴承盖129固定到增大端部125,该增大端部125可包括小口(未示出)以允许机油或相关增压润滑剂流到活塞。颈部区域130在端部115和125之间延伸,将二者连接在一起成大体上的整体构造。连杆100经受极大的拉、压和弯曲应力,因此对其机械性能和加工性有特殊要求。颈部区域130应具有非常高的硬度、受拉和受压屈服强度,以及耐疲劳性以确保高性能和耐久度,而各自外壳端部115和125内的区域117和127需要精确加工。
[0024]为了满足这些种种要求,增强TiB2的浓度可适应连杆100内的具体区域。尤其地,颈部区域130、和底部区域120的至少非轴颈部分可由较高浓度的增强相材料制造,例如,10wt%TiB2颗粒增强体。这些区域在通常仅涉及最小加工的同时要求较高的硬度。这样,它们为由更大浓度TiB2颗粒产生的更坚固、更硬的MMC的良好候选区域。与盖129相关的部分虽然由较低TiB2颗粒浓度制造,但是其可采用牺牲金属杆从而在其中形成螺栓孔。牺牲(金属或非金属)心轴可用于制造所需的孔。顶部外壳端部115的轴颈或轴承区域117和底部外壳125的轴颈或轴承区域127可由较低增强相材料浓度制造,例如,5wt%至7wt%之间的TiB2颗粒增强体。典型地,轴颈或轴承需要大量的加工,且MMC中的较低TiB2含量使其更容易加工,导致了更低的加工成本,加工生产率及相关工具寿命被提高。
[0025]将具有不同TiB2成分的混合后的粉末向不同的模子区域填充可通过多个步骤实现。在这种方式中,当各独立区域(例如区域117、127和130)被填充粉末时,其他区域被挡住。以这种方法,具体构件内的不同区域可具有放置的不同水平的增强体来提供定制的(tailored)特性。在填充之后,闭模压制可在室温下进行以制造压制好的生坯(即,烧结前)部件。
[0026]通过在分立构件位置放置特定TiB2浓度使这种定制设计成为可能,所述定制设计可为连杆100的机械特性和加工性能的优化提供更大的灵活性。在将制造连杆100的模具、模子或相关工具的设置中,因为各区域117、127和130与连杆10的其他部分相比采用了不同浓度的增强颗粒,所以它们可分别地填充颗粒/基体混合物。在构件制造过程中,各过渡区域将在这些具有不同颗粒浓度的分立区域之间形成;这些区域可具有梯度成分微观结构和梯度机械特性。
[0027]用于制造金属基体成分(MMC)前驱体粉末(例如Ti-6Al-4V)的钛粉末的典型尺寸可在2至150微米的范围内,其比传统的粉末金属压制中的尺寸范围要宽很多。典型的TiB2颗粒尺寸和Al-V母合金粉末都在5至75微米的范围内。本领域的技术人员将认识到有几种产生这种粉末的可行方法。例如,钛粉末可由已知的氢化物脱氢工艺制造。
[0028]接下来参照图4A至4F,示出了具有0、3、7、10、15、20wt%TiB2增强相的Ti-6Al-4V/TiB2MMC烧结后的微观结构。如可见的,微观结构中的晶粒尺寸随着TiB2含量的增加而变小。增强相TiB(其中TiB2变成合金中的TiB相)的增加和晶粒尺寸的变小解释为抗拉强度和屈服强度以及硬度增加的原因。如下表所示,延伸率随着TiB2含量的增加而减小。
种类 | 极限抗拉强度MPa | 0.2屈服强度MPa | 延伸率% | 杨氏模量GPa |
Ti-6Al-4V | 1047-1132 | 1019-1090 | 10-16 | 95-108 |
Ti-6Al-4V+3wt.%TiB2 | 1180-1230 | 1080-1120 | 11-13 | 118-129 |
Ti-6Al-4V+5wt.%TiB2 | 1200-1250 | 1100-1135 | 7-9.5 | 120-137 |
Ti-6Al-4V+7wt.%TiB2 | 1225-1287 | 1105-1125 | 6.5-7.8 | 128-138 |
Ti-6Al-4V+10wt.%TiB2 | 1360-1390 | 1250-1320 | 1.5-2.5 | 155-170 |
[0029]TiB2为Ti-6Al-4V钛合金的优良的增强体。这样,相比于非增强的Ti-6Al-4V合金,Ti-6Al-4V MMC具有更高的强度和弹性模量。例如,增强的Ti-6Al-4V合金的弹性模量超过140GPa,并且与平均弹性模量为100GPa的非增强的Ti-6Al-4V相比,增强的Ti-6Al-4V合金的弹性模量可达155GPa以上。增强的Ti-6Al-4V的极限抗拉强度超过1350MPa(平均为1450MPa),显著地大于非增强的Ti-6Al-4V的平均极限抗拉强度1100MPa。相比于非增强的Ti-6Al-4V的0.2%屈服强度(平均为1050MPa),增强的Ti-6Al-4V的0.2%屈服强度超过1250MPa(平均为1300MPa)。增强的Ti-6Al-4V的洛氏硬度高于43。
[0030]尽管为了说明本发明的目的示出了某些代表性的实施例和细节,但是对于本领域的技术人员显而易见的是,在不脱离在所附权利要求中限定的本发明范围的情况下,可制造出各种变化。
Claims (20)
1.一种制造钛基金属基体复合材料构件的方法,所述方法包括:
将钛合金基基体与钛基陶瓷增强体组合以形成至少一种混合物;
将所述至少一种混合物放入模具;
通过冲击加载压制所述至少一种混合物;以及
烧结所述压制的至少一种混合物。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述钛合金基基体大体上包括Ti-6Al-4V,所述陶瓷增强体大体上包括TiB2。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述构件为汽车构件。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述汽车构件为发动机构件。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述发动机构件为连杆。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述至少一种混合物包括至少第一种混合物和第二种混合物,所述第一种混合物包括第一浓度的所述钛基陶瓷增强体,所述第二种混合物包括与所述第一种混合物不同的第二浓度的所述钛基陶瓷增强体。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述将所述至少一种混合物放入模具包括:
可选择地将所述第一和第二种混合物中的一种放入所述模具内的第一区域;
可选择地将所述第一和第二种混合物中的另一种放入所述模具内的第二区域,使得当进行所述压制时,对应于所述第一区域的所述构件的部分大体上包括所述第一和第二种混合物中的一种,而对应于所述第二区域的所述构件的部分大体上包括所述第一和第二种混合物中的另一种。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述冲击加载源从压缩的弹簧、电液压、电磁、压电和***装置构成的组中选择。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述***装置从***冲击加载和电子枪冲击加载构成的组中选择。
10.根据权利要求1所述的方法,进一步包括在所述构件上进行烧结后加工。
11.一种制造钛基金属基体复合材料构件的方法,所述方法包括:
在模具内限定多个区域,所述模具大体上以所述构件的形式成形;
布置包括钛合金基基体与钛基陶瓷增强体的多种混合物,所述多种混合物的每种被配置成包括不同于其他混合物的基体与增强体的比;
将所述多种混合物的第一种放入所述多个区域的第一个;
将所述多种混合物的第二种放入所述多个区域的第二个;
在所述模具中通过冲击加载压制所述多种混合物,使得当进行所述压制时,对应于所述第一区域的所述构件的部分大体上包括所述第一种混合物,而对应于所述第二区域的所述构件的部分大体上包括所述第二种混合物;
从所述模具中移走所述构件;以及
烧结所述构件。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述基体从β钛、α-2钛、γ钛及其组合构成的组中选择,且所述增强体包括陶瓷。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,所述陶瓷包括TiB2。
14.根据权利要求11所述的方法,进一步包括在所述构件上进行烧结后操作。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,所述烧结后操作包括加工。
16.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述构件包括连杆,而且其中,所述多种混合物的所述第一种与所述第二种混合物相比包括较低浓度的增强相,所述多种混合物的所述第一种放入的所述连杆的部分与所述多种混合物的所述第二种放入的所述连杆的部分相比具有强度和硬度的至少一个的较低的要求。
17.一种制造用于内燃机的钛基金属基体复合材料连杆的方法,所述方法包括:
将钛合金基基体与钛基陶瓷增强体组合成多种混合物,使得所述多种混合物的每种与其他混合物相比包括不同的基体与增强体的比;
将所述多种混合物的第一种放入连杆模具的第一区域;
将所述多种混合物的第二种放入所述连杆模具的第二区域;
在所述连杆模具中通过冲击加载压制所述多种混合物;
从所述模具中移走所述连杆;以及
烧结所述压制的多种混合物。
18.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,所述连杆大体上包括Ti-6Al-4V/TiB2金属基体复合材料。
19.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,所述冲击加载通过压实元件响应于冲击源的移动而完成,所述冲击源从压缩的弹簧、电液压装置、电磁装置、压电装置和***装置及电子枪构成的组中选择。
20.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,所述压制在小于1秒的时间内发生。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/183,151 US20100028190A1 (en) | 2008-07-31 | 2008-07-31 | Method of making powder metal parts using shock loading |
US12/183151 | 2008-07-31 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101637822A true CN101637822A (zh) | 2010-02-03 |
CN101637822B CN101637822B (zh) | 2012-10-10 |
Family
ID=41608562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2009101596980A Expired - Fee Related CN101637822B (zh) | 2008-07-31 | 2009-07-31 | 使用冲击加载制造粉末金属部件的方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20100028190A1 (zh) |
CN (1) | CN101637822B (zh) |
DE (1) | DE102009034969A1 (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102133641A (zh) * | 2011-04-19 | 2011-07-27 | 广州有色金属研究院 | 一种Ti-6Al-4V合金的粉末冶金方法 |
CN104662200A (zh) * | 2012-05-16 | 2015-05-27 | Gkn航空公司 | 在基底上施加钛合金的方法 |
CN105952773A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-09-21 | 安徽奥泰粉末冶金有限公司 | 一种粉末冶金汽车发动机连杆及其制备方法 |
CN108026959A (zh) * | 2015-09-25 | 2018-05-11 | Ntn株式会社 | 连杆组件及其制造方法 |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8298479B2 (en) * | 2008-06-24 | 2012-10-30 | Gerald Martino | Machined titanium connecting rod and process |
US7985371B2 (en) * | 2008-06-24 | 2011-07-26 | Gerald Martino | Titanium connecting rod |
CN102193502B (zh) * | 2011-06-14 | 2012-11-07 | 中南大学 | 一种钢铁烧结二次配料的综合优化方法 |
CN103170630B (zh) * | 2013-04-19 | 2015-03-04 | 安徽工业大学 | 各向异性钕铁硼粘结磁体的成型方法和装置 |
US10386117B2 (en) * | 2015-01-15 | 2019-08-20 | Pepsico, Inc. | Quick-chill beverage cooler with post-chill storage chamber |
US10619223B2 (en) | 2016-04-28 | 2020-04-14 | GM Global Technology Operations LLC | Zinc-coated hot formed steel component with tailored property |
US10385415B2 (en) | 2016-04-28 | 2019-08-20 | GM Global Technology Operations LLC | Zinc-coated hot formed high strength steel part with through-thickness gradient microstructure |
US20180194196A1 (en) * | 2017-01-06 | 2018-07-12 | GM Global Technology Operations LLC | Systems and methods utilizing heat pumps to recover thermal energy from exhaust gas |
DE102017111846A1 (de) | 2017-05-30 | 2018-12-06 | Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg | Verfahren zur Herstellung von lokal modifizierten Gussformteilen |
US11613789B2 (en) | 2018-05-24 | 2023-03-28 | GM Global Technology Operations LLC | Method for improving both strength and ductility of a press-hardening steel |
CN112534078A (zh) | 2018-06-19 | 2021-03-19 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 具有增强的机械性质的低密度压制硬化钢 |
US11530469B2 (en) | 2019-07-02 | 2022-12-20 | GM Global Technology Operations LLC | Press hardened steel with surface layered homogenous oxide after hot forming |
CN114750478B (zh) * | 2022-04-14 | 2023-03-14 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种同心双阻抗组合飞片及其制备工艺、应用 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4968348A (en) * | 1988-07-29 | 1990-11-06 | Dynamet Technology, Inc. | Titanium diboride/titanium alloy metal matrix microcomposite material and process for powder metal cladding |
US4906430A (en) * | 1988-07-29 | 1990-03-06 | Dynamet Technology Inc. | Titanium diboride/titanium alloy metal matrix microcomposite material and process for powder metal cladding |
US5762843A (en) * | 1994-12-23 | 1998-06-09 | Kennametal Inc. | Method of making composite cermet articles |
US5611477A (en) * | 1995-04-03 | 1997-03-18 | General Motors Corporation | Shot sleeve and method of making |
JP3306822B2 (ja) * | 1997-09-16 | 2002-07-24 | 株式会社豊田中央研究所 | 焼結Ti合金材料およびその製造方法 |
JP3559717B2 (ja) * | 1998-10-29 | 2004-09-02 | トヨタ自動車株式会社 | エンジンバルブの製造方法 |
EP1299205B1 (en) * | 2000-07-12 | 2007-10-31 | Utron Inc. | Dynamic consolidation of powders using a pulsed energy source |
NL1016112C2 (nl) * | 2000-09-06 | 2002-03-07 | Tno | Lichaam van gradueel hardmetaal zoals stansgereedschap en werkwijze voor het produceren daarvan. |
US6537489B2 (en) * | 2000-11-09 | 2003-03-25 | Höganäs Ab | High density products and method for the preparation thereof |
US6635098B2 (en) * | 2001-02-12 | 2003-10-21 | Dynamet Technology, Inc. | Low cost feedstock for titanium casting, extrusion and forging |
US6868778B2 (en) * | 2001-09-14 | 2005-03-22 | Iap Research, Inc. | System and method for loading a plurality of powder materials in an electromagnetic compaction press |
JP3945455B2 (ja) * | 2002-07-17 | 2007-07-18 | 株式会社豊田中央研究所 | 粉末成形体、粉末成形方法、金属焼結体およびその製造方法 |
US7299715B2 (en) * | 2004-05-27 | 2007-11-27 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Non-homogeneous engine component formed by powder metallurgy |
US7985371B2 (en) * | 2008-06-24 | 2011-07-26 | Gerald Martino | Titanium connecting rod |
-
2008
- 2008-07-31 US US12/183,151 patent/US20100028190A1/en not_active Abandoned
-
2009
- 2009-07-28 DE DE102009034969A patent/DE102009034969A1/de not_active Withdrawn
- 2009-07-31 CN CN2009101596980A patent/CN101637822B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102133641A (zh) * | 2011-04-19 | 2011-07-27 | 广州有色金属研究院 | 一种Ti-6Al-4V合金的粉末冶金方法 |
CN102133641B (zh) * | 2011-04-19 | 2012-10-24 | 广州有色金属研究院 | 一种Ti-6Al-4V合金的粉末冶金方法 |
CN104662200A (zh) * | 2012-05-16 | 2015-05-27 | Gkn航空公司 | 在基底上施加钛合金的方法 |
CN108026959A (zh) * | 2015-09-25 | 2018-05-11 | Ntn株式会社 | 连杆组件及其制造方法 |
CN108026959B (zh) * | 2015-09-25 | 2020-09-01 | Ntn株式会社 | 连杆组件及其制造方法 |
CN105952773A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-09-21 | 安徽奥泰粉末冶金有限公司 | 一种粉末冶金汽车发动机连杆及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20100028190A1 (en) | 2010-02-04 |
DE102009034969A1 (de) | 2010-04-29 |
CN101637822B (zh) | 2012-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101637822B (zh) | 使用冲击加载制造粉末金属部件的方法 | |
Froes et al. | The technologies of titanium powder metallurgy | |
US20050034559A1 (en) | Sinterable metal powder mixture for the production of sintered components | |
US20090074603A1 (en) | Method for making magnesium-based composite material and equipment for making the same | |
JP4789837B2 (ja) | 鉄系焼結体及びその製造方法 | |
JP2005526178A (ja) | 焼結性材料から焼結部材を製造するための方法 | |
CN107099719B (zh) | 一种强韧化碳氮化钛基金属陶瓷及制备方法 | |
US9095905B2 (en) | Method of manufacturing control finger using metal powder injection molding | |
Kumar et al. | Effect of glass in aluminum matrix on workability and strain hardening behavior of powder metallurgy composite | |
CN109082549B (zh) | 一种易反应铝/钨活性材料的制备方法 | |
CN103031452A (zh) | 一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法 | |
CN106513686A (zh) | 轻质活塞销和制造轻质活塞销的方法 | |
WO2012113428A1 (de) | Aluminium-matrixverbundwerkstoff, halbzeug aus dem aluminium-matrixverbundwerkstoff und verfahren zu dessen herstellung | |
JP2006316745A (ja) | 高温乾燥条件下ですぐれた耐摩耗性を発揮するFe基焼結合金製バルブシートの製造方法及びそのバルブシート | |
Raja et al. | Effects on microstructure and hardness of Al-B4C metal matrix composite fabricated through powder metallurgy | |
KR20130061189A (ko) | 고강도 마그네슘 합금 선재 및 그 제조 방법, 고강도 마그네슘 합금 부품, 및 고강도 마그네슘 합금 스프링 | |
US8999230B1 (en) | Near net shape fabrication of high temperature components using high pressure combustion driven compaction process | |
CN101087895A (zh) | 铝基合金以及由该合金构成的成型体 | |
So et al. | Assessment of the powder extrusion of silicon–aluminium alloy | |
KR101874608B1 (ko) | 커넥팅 로드의 제조 방법 | |
Narayanasamy et al. | Some aspects of workability studies in cold forging of pure aluminium powder metallurgy compacts | |
CN110872663A (zh) | 活塞环状物的轻质***件、其制造方法和包括***件的制品 | |
US10137502B1 (en) | Near net shape combustion driven compaction process and refractory composite material for high temperature applications | |
CN115026306B (zh) | 一种异质异构铝基复合材料及其制备方法 | |
Asif et al. | Effect of Mg, SiC and Fly Ash Particulates in Aluminium Alloy for Automotive Wheel Rim Applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121010 Termination date: 20200731 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |