CN114210981A - 一种钛钢复合零件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制造技术领域，且公开了一种钛钢复合零件的制备方法，将平均粒度分别为45.74、35.12和23.46μm的钛粉按重量比为70:20:10混合均匀，然后置于抽真空并充有惰性气体保护的容器中，在高温下进行加热一定时间，然后在190～195℃下，间隔七分钟分两次将钛粉加入粘结剂颗粒中，待粉末全部加入后，降温至175～180℃混炼1小时，冷却后得到喂料。该钛钢复合零件的制备方法，通过该钛钢复合零件的制备方法，采用多种粒度钛粉进行优化配比并充分混合均匀，再经高真空烧结，得到高尺寸精度、组织结构均匀、高性能的钛钢零件，具有极佳的抗应力和静拉力性能，并克服了原钛合金耐磨性及高温性能差等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及制造技术领域，具体为一种钛钢复合零件的制备方法。
背景技术
钛具有密度小，比强度高，耐热性强以及良好的生物相容性，其密度为4.51g/cm3，相当于钢的57％，被广泛应用于医学、体育、石油化工、航空航天、冶金轻工等领域。但钛属于活性金属，在较高温度下极容易氧化和与其他物质反应而生成化合物，从而严重影响其加工及性能。
钢，是对含碳量质量百分比介于0.02％至2.11％之间的铁碳合金的统称。钢的化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢(碳钢)或普通钢；在实际生产中，钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素，比如：锰、镍、钒等等。人类对钢的应用和研究历史相当悠久，但是直到19世纪贝氏炼钢法发明之前，钢的制取都是一项高成本低效率的工作。如今，钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。
钛钢复合材料具有极佳的抗应力和静拉力性能，并克服了原钛合金耐磨性及高温性能差等缺点，而目前采用传统加工方法制备钛钢复合零件，成本极其昂贵。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种钛钢复合零件的制备方法。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钛钢复合零件的制备方法，将平均粒度分别为45.74、35.12和23.46μm的钛粉按重量比为70:20:10混合均匀，然后置于抽真空并充有惰性气体保护的容器中，在高温下进行加热一定时间，然后在190～195℃下，间隔七分钟分两次将钛粉加入粘结剂颗粒中，待粉末全部加入后，降温至175～180℃混炼1小时，冷却后得到喂料；然后在注射压力70～80MPa，保压压力80～85MPa，注射速度55～65mm/S，冷却时间12S，注射成钛零件生坯，再通入钢水，进行震荡，再将钛零件生坯在升温速率6℃/min，温度1300～1400℃，时间75min，真空度1x10-3Pa，烧结得到钛零件。
优选的，所述抽真空的真空度为5-102Pa,所述惰性气体的气压为0.04-0.09MPa,优选氩气或氖气。
优选的，所述研磨为球磨、振动或搅拌，优选机械球磨、机械振动或机械搅拌,更优选球磨频率为15-40Hz,球磨时间为4-10小时。
优选的，所述钢水为进行预处理后的钢水，所述预处理包括以下步骤：
S1.获取钢胚；
S2.将钢胚原料进行清洗，除去表面的各种杂质，然后将钢胚原料放入中频感应加热炉中进行加热，同时对中频感应加热炉内部通入保护气体，防止钢胚原料在加热中被氧化，将钢胚原料加热至至800℃左右，然后停止加热对钢胚原料进行保温并持续30min左右，保温结束后，将钢胚再次加热至1100℃左右，加入以下重量份数配比的原料：Cr痕量至4.5％、Mo痕量至2.0％、Ni痕量至4.5％、V痕量至0.5％、Cu痕量至4％、Al痕量至0.060％、Ca痕量至0.050％、B痕量至0.01％、Te痕量至0.020％、Se痕量至0.040％、Pb痕量至0.070％和Nb痕量至0.050％，得到复合钢胚体；
S3.将S2中得到的复合钢胚体取出放入油中冷却至445℃—455℃，再取出放入空气中空冷至室温；
S4.将室温下的复合钢进行连续两次相同回火，回火温度为555℃-565℃；将两次回火后的复合钢再进行一次回火，回火温度为395℃-405℃；
S5.将S4中的复合钢加热熔化为钢水进行备用。
优选的，包括以下重量份数配比的原料：Cr 3.5％、Mo 1.5％、Ni 3.0％、V 0.3％、Cu 3％、Al 0.04％、Ca 0.03％、B 0.007％、Te 0.016％、Se 0.03％、Pb 0.03％和Nb0.03％。
优选的，包括以下重量份数配比的原料：Cr 2.8％、Mo 1.6％、Ni 3.6％、V 0.4％、Cu 3％、Al 0.03％、Ca 0.04％、B 0.004％、Te 0.015％、Se 0.03％、Pb 0.04％和Nb0.04％。
优选的，所述烧结得到钛零件采用砂带或铣机对基层表面除杂。
优选的，所述烧结得到钛零件分别依次进行磨削、抛光处理使得处理后的钛零件的厚度为处理前的钛零件的厚度的92-98％。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种钛钢复合零件的制备方法，包括以下步骤：
1)将平均粒度分别为45.74、35.12和23.46μm的钛粉按重量比为70:20:10混合均匀；
2)利用研磨的方式使步骤一中的钛粉，获得初步粉体；
3)将所述初步粉体置于抽真空并充有惰性气体保护的容器中，在高温下进行加热一定时间；
4)将步骤三中加热的初步粉冷却后，在190～195℃下，间隔七分钟分两次将钛粉加入粘结剂颗粒中，待粉末全部加入后，降温至175～180℃混炼1小时，冷却后得到喂料；
5)将喂料在注射温度170～180℃，注射压力70～80MPa，保压压力80～85MPa，注射速度55～65mm/S，冷却时间12S，注射成钛零件生坯；
6)将钛零件生坯在温度160～180℃通入钢水，进行震荡；
7)将钛零件生坯在升温速率6℃/min，温度1300～1400℃，时间75min，真空度1x10-3Pa，烧结得到钛零件。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种钛钢复合零件的制备方法，具备以下有益效果：
该钛钢复合零件的制备方法，通过该钛钢复合零件的制备方法，采用多种粒度钛粉进行优化配比并充分混合均匀，再经高真空烧结，得到高尺寸精度、组织结构均匀、高性能的钛钢零件，具有极佳的抗应力和静拉力性能，并克服了原钛合金耐磨性及高温性能差等缺点。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种钛钢复合零件的制备方法，包括以下步骤：
1)将平均粒度分别为45.74、35.12和23.46μm的钛粉按重量比为70:20:10混合均匀；
2)利用研磨的方式使步骤一中的钛粉，获得初步粉体，研磨为球磨、振动或搅拌，优选机械球磨、机械振动或机械搅拌,更优选球磨频率为30Hz,球磨时间为6小时；
3)将初步粉体置于抽真空并充有惰性气体保护的容器中，在高温下进行加热一定时间，抽真空的真空度为5-102Pa,惰性气体的气压为0.06MPa,优选氩气或氖气；
4)将步骤三中加热的初步粉冷却后，在194℃下，间隔七分钟分两次将钛粉加入粘结剂颗粒中，待粉末全部加入后，降温至176℃混炼1小时，冷却后得到喂料；
5)将喂料在注射温度176℃，注射压力76MPa，保压压力83MPa，注射速度57mm/S，冷却时间12S，注射成钛零件生坯；
6)将钛零件生坯在温度174℃通入钢水，进行震荡，其中钢水为进行预处理后的钢水，预处理包括以下步骤：
S1.获取钢胚；
S2.将钢胚原料进行清洗，除去表面的各种杂质，然后将钢胚原料放入中频感应加热炉中进行加热，同时对中频感应加热炉内部通入保护气体，防止钢胚原料在加热中被氧化，将钢胚原料加热至至800℃左右，然后停止加热对钢胚原料进行保温并持续30min左右，保温结束后，将钢胚再次加热至1100℃左右，加入以下重量份数配比的原料：包括以下重量份数配比的原料：Cr3.5％、Mo1.5％、Ni3.0％、V0.3％、Cu3％、Al0.04％、Ca0.03％、B0.007％、Te0.016％、Se0.03％、Pb0.03％和Nb0.03％，得到复合钢胚体；
S3.将S2中得到的复合钢胚体取出放入油中冷却至452℃，再取出放入空气中空冷至室温；
S4.将室温下的复合钢进行连续两次相同回火，回火温度为557℃；将两次回火后的复合钢再进行一次回火，回火温度为396℃；
S5.将S4中的复合钢加热熔化为钢水进行备用。；
7)将钛零件生坯在升温速率6℃/min，温度1300℃，时间75min，真空度1x10-3Pa，烧结得到钛零件，烧结得到钛零件采用砂带或铣机对基层表面除杂，烧结得到钛零件分别依次进行磨削、抛光处理使得处理后的钛零件的厚度为处理前的钛零件的厚度的96％。
实施例二：
一种钛钢复合零件的制备方法，包括以下步骤：
1)将平均粒度分别为45.74、35.12和23.46μm的钛粉按重量比为70:20:10混合均匀；
2)利用研磨的方式使步骤一中的钛粉，获得初步粉体，研磨为球磨、振动或搅拌，优选机械球磨、机械振动或机械搅拌,更优选球磨频率为20Hz,球磨时间为8小时；
3)将初步粉体置于抽真空并充有惰性气体保护的容器中，在高温下进行加热一定时间，抽真空的真空度为5-102Pa,惰性气体的气压为0.04MPa,优选氩气或氖气；
4)将步骤三中加热的初步粉冷却后，在190℃下，间隔七分钟分两次将钛粉加入粘结剂颗粒中，待粉末全部加入后，降温至175℃混炼1小时，冷却后得到喂料；
5)将喂料在注射温度170℃，注射压力70MPa，保压压力80MPa，注射速度55mm/S，冷却时间12S，注射成钛零件生坯；
6)将钛零件生坯在温度160℃通入钢水，进行震荡，其中钢水为进行预处理后的钢水，预处理包括以下步骤：
S1.获取钢胚；
S2.将钢胚原料进行清洗，除去表面的各种杂质，然后将钢胚原料放入中频感应加热炉中进行加热，同时对中频感应加热炉内部通入保护气体，防止钢胚原料在加热中被氧化，将钢胚原料加热至至800℃左右，然后停止加热对钢胚原料进行保温并持续30min左右，保温结束后，将钢胚再次加热至1100℃左右，加入以下重量份数配比的原料：包括以下重量份数配比的原料：Cr3.5％、Mo1.5％、Ni3.0％、V0.3％、Cu3％、Al0.04％、Ca0.03％、B0.007％、Te0.016％、Se0.03％、Pb0.03％和Nb0.03％，得到复合钢胚体；
S3.将S2中得到的复合钢胚体取出放入油中冷却至445℃，再取出放入空气中空冷至室温；
S4.将室温下的复合钢进行连续两次相同回火，回火温度为555℃；将两次回火后的复合钢再进行一次回火，回火温度为395℃；
S5.将S4中的复合钢加热熔化为钢水进行备用。；
7)将钛零件生坯在升温速率6℃/min，温度1300℃，时间75min，真空度1x10-3Pa，烧结得到钛零件，烧结得到钛零件采用砂带或铣机对基层表面除杂，烧结得到钛零件分别依次进行磨削、抛光处理使得处理后的钛零件的厚度为处理前的钛零件的厚度的92％。
实施例三：
一种钛钢复合零件的制备方法，包括以下步骤：
1)将平均粒度分别为45.74、35.12和23.46μm的钛粉按重量比为70:20:10混合均匀；
2)利用研磨的方式使步骤一中的钛粉，获得初步粉体，研磨为球磨、振动或搅拌，优选机械球磨、机械振动或机械搅拌,更优选球磨频率为40Hz,球磨时间为10小时；
3)将初步粉体置于抽真空并充有惰性气体保护的容器中，在高温下进行加热一定时间，抽真空的真空度为5-102Pa,惰性气体的气压为0.09MPa,优选氩气或氖气；
4)将步骤三中加热的初步粉冷却后，在195℃下，间隔七分钟分两次将钛粉加入粘结剂颗粒中，待粉末全部加入后，降温至180℃混炼1小时，冷却后得到喂料；
5)将喂料在注射温度180℃，注射压力80MPa，保压压力85MPa，注射速度65mm/S，冷却时间12S，注射成钛零件生坯；
6)将钛零件生坯在温度180℃通入钢水，进行震荡，其中钢水为进行预处理后的钢水，预处理包括以下步骤：
S1.获取钢胚；
S2.将钢胚原料进行清洗，除去表面的各种杂质，然后将钢胚原料放入中频感应加热炉中进行加热，同时对中频感应加热炉内部通入保护气体，防止钢胚原料在加热中被氧化，将钢胚原料加热至至800℃左右，然后停止加热对钢胚原料进行保温并持续30min左右，保温结束后，将钢胚再次加热至1100℃左右，加入以下重量份数配比的原料：包括以下重量份数配比的原料：Cr3.5％、Mo1.5％、Ni3.0％、V0.3％、Cu3％、Al0.04％、Ca0.03％、B0.007％、Te0.016％、Se0.03％、Pb0.03％和Nb0.03％，得到复合钢胚体；
S3.将S2中得到的复合钢胚体取出放入油中冷却至455℃，再取出放入空气中空冷至室温；
S4.将室温下的复合钢进行连续两次相同回火，回火温度为565℃；将两次回火后的复合钢再进行一次回火，回火温度为405℃；
S5.将S4中的复合钢加热熔化为钢水进行备用。；
7)将钛零件生坯在升温速率6℃/min，温度1400℃，时间75min，真空度1x10-3Pa，烧结得到钛零件，烧结得到钛零件采用砂带或铣机对基层表面除杂，烧结得到钛零件分别依次进行磨削、抛光处理使得处理后的钛零件的厚度为处理前的钛零件的厚度的98％。
本发明的有益效果是：该钛钢复合零件的制备方法，通过该钛钢复合零件的制备方法，采用多种粒度钛粉进行优化配比并充分混合均匀，再经高真空烧结，得到高尺寸精度、组织结构均匀、高性能的钛钢零件，具有极佳的抗应力和静拉力性能，并克服了原钛合金耐磨性及高温性能差等缺点。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种钛钢复合零件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将平均粒度分别为45.74、35.12和23.46μm的钛粉按重量比为70:20:10混合均匀；
2)利用研磨的方式使步骤一中的钛粉，获得初步粉体；
3)将所述初步粉体置于抽真空并充有惰性气体保护的容器中，在高温下进行加热一定时间；
4)将步骤三中加热的初步粉冷却后，在190～195℃下，间隔七分钟分两次将钛粉加入粘结剂颗粒中，待粉末全部加入后，降温至175～180℃混炼1小时，冷却后得到喂料；
5)将喂料在注射温度170～180℃，注射压力70～80MPa，保压压力80～85MPa，注射速度55～65mm/S，冷却时间12S，注射成钛零件生坯；
6)将钛零件生坯在温度160～180℃通入钢水，进行震荡；
7)将钛零件生坯在升温速率6℃/min，温度1300～1400℃，时间75min，真空度1x10-3Pa，烧结得到钛零件。
2.根据权利要求1所述的一种钛钢复合零件的制备方法，其特征在于，步骤三中所述抽真空的真空度为5-102Pa,所述惰性气体的气压为0.04-0.09MPa,优选氩气或氖气。
3.根据权利要求1所述的一种钛钢复合零件的制备方法，其特征在于，步骤二中所述研磨为球磨、振动或搅拌，优选机械球磨、机械振动或机械搅拌,更优选球磨频率为15-40Hz,球磨时间为4-10小时。
4.根据权利要求1所述的一种钛钢复合零件的制备方法，其特征在于，步骤六中所述钢水为进行预处理后的钢水，所述预处理包括以下步骤：
S1.获取钢胚；
S2.将钢胚原料进行清洗，除去表面的各种杂质，然后将钢胚原料放入中频感应加热炉中进行加热，同时对中频感应加热炉内部通入保护气体，防止钢胚原料在加热中被氧化，将钢胚原料加热至至800℃左右，然后停止加热对钢胚原料进行保温并持续30min左右，保温结束后，将钢胚再次加热至1100℃左右，加入以下重量份数配比的原料：Cr痕量至4.5％、Mo痕量至2.0％、Ni痕量至4.5％、V痕量至0.5％、Cu痕量至4％、Al痕量至0.060％、Ca痕量至0.050％、B痕量至0.01％、Te痕量至0.020％、Se痕量至0.040％、Pb痕量至0.070％和Nb痕量至0.050％，得到复合钢胚体；
S3.将S2中得到的复合钢胚体取出放入油中冷却至445℃—455℃，再取出放入空气中空冷至室温；
S4.将室温下的复合钢进行连续两次相同回火，回火温度为555℃-565℃；将两次回火后的复合钢再进行一次回火，回火温度为395℃-405℃；
S5.将S4中的复合钢加热熔化为钢水进行备用。
5.根据权利要求4所述的一种钛钢复合零件的制备方法，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：Cr 3.5％、Mo 1.5％、Ni 3.0％、V 0.3％、Cu 3％、Al 0.04％、Ca 0.03％、B0.007％、Te 0.016％、Se 0.03％、Pb 0.03％和Nb 0.03％。
6.根据权利要求4所述的一种钛钢复合零件的制备方法，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：Cr 2.8％、Mo 1.6％、Ni 3.6％、V 0.4％、Cu 3％、Al 0.03％、Ca 0.04％、B0.004％、Te 0.015％、Se 0.03％、Pb 0.04％和Nb 0.04％。
7.根据权利要求1所述的一种钛钢复合零件的制备方法，其特征在于，所述步骤7中，所述烧结得到钛零件采用砂带或铣机对基层表面除杂。
8.根据权利要求1所述的一种钛钢复合零件的制备方法，其特征在于，所述步骤7中，所述烧结得到钛零件分别依次进行磨削、抛光处理使得处理后的钛零件的厚度为处理前的钛零件的厚度的92-98％。
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| CN115533102A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-30 | 歌尔股份有限公司 | 钛钢复合材料零部件及其制备方法 |
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