Порошковая смесь для получения титанового сплава, титановый сплав, полученный из такой смеси, и способы их получения

Группа изобретений относится к порошковой металлургии. Порошковая смесь для получения титанового сплава включает порошок титанового сплава, содержащий алюминий и ванадий или содержащий в дополнение к алюминию и ванадию по меньшей мере один из циркония, олова, молибдена, железа и хрома, и по меньшей мере один металлический порошок, выбранный из порошка меди, порошка хрома и порошка железа, смешанного с порошком титанового сплава. Причем порошок титанового сплава получен гидрированием сырья из титанового сплава и дегидрированием полученного гидрированного порошка титанового сплава. Количество металлического порошка составляет от 1 до 10 мас. % при добавлении одного вида металлического порошка, а при добавлении двух или более видов металлических порошков количество добавленного металлического порошка составляет от 1 до 20 мас. %. Предложены также способ получения упомянутой порошковой смеси, титановый сплав и способ его получения из упомянутой порошковой смеси. Обеспечивается повышение качества порошковой смеси, которая может быть уплотнена до плотности не менее 99 % от теоретической. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 20 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к составному порошку титанового сплава, содержащему порошок меди, порошок хрома или порошок железа; материалу титанового сплава, состоящему из такого порошка, и способу его получения, и, в частности, относится к материалу титанового сплава с превосходными механическими свойствами, а также относится к способу его получения.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Титановый сплав, в частности сплав Ti-6Al-4V, хорошо известен в качестве материала для самолетов. Этот титановый сплав получают методом вакуумно-дугового переплава или методом электронно-лучевого переплава. Метод вакуумно-дугового переплава представляет собой процесс, в котором добавляют лигатуру Al-V к титановому материалу в соответствующем количестве, полученную смесь прессуют в брикеты, брикеты взаимно связывают, формируя электрод для переплавки, электрод для переплавки устанавливают в печи вакуумно-дугового переплава и переплавляют электрод в вакууме, получая слитки сплава.

[0003] С другой стороны, метод электронно-лучевого переплава представляет собой процесс, в котором материал для переплавки, состоящий из титанового сплава и лигатуры Al-V, помещают на под, облучают материал электронным лучом, плавя его, и расплавленный металл выливают в литейную форму, установленную за подом, получая слитки сплава.

[0004] Однако, поскольку в вышеупомянутых методах переплавки титанового сплава слиток постепенно затвердевает снизу вверх, возникает проблема ликвации компонентов, при которой компоненты сплава различаются с нижней стороны к верхней стороне слитка. Из-за ликвации затруднительно введение компонента сплава или третьего компонента-добавки в высоких концентрациях. Кроме того, в методе электронно-лучевого переплава возникает проблема испарения с пода низкоплавкого компонента, вследствие чего со временем возникнет вариация компонентов в расплавленном металле.

[0005] В отличие от вышеупомянутого способа переплавки, благодаря использованию способа, в котором прессуют и формуют равномерно перемешанный порошковый материал из сплава, полученный из такого порошкового материала сплав является очень выгодным с точки зрения ликвации по сравнению со сплавом, полученным способом переплавки, в котором слиток постепенно затвердевает с нижней стороны до верхней стороны. Кроме того, поскольку получение сплава не происходит через стадию плавления металла, отсутствует проблема испарения низкоплавкого компонента. Поэтому процесс получения титанового сплава порошковым методом имеет несколько преимуществ по сравнению со способом переплавки.

[0006] Однако порошок титанового сплава, используемый в порошковом методе, обладает плохой обрабатываемостью и формуемостью, в результате чего возникает другая проблема, состоящая в том, что трудно повысить плотность после спекания. В частности, поскольку сплав Ti-6Al-4V обладает низкой способностью к пластической деформации, известно, что повышение плотности после спекания обычным способом в порошковом методе затруднительно (см. приведенную ниже ссылку 1).

[0007] Поэтому при использовании обычного порошка плотный материал из титанового сплава получают методом спекания, таким как процесс холодного изостатического прессования (в дальнейшем - просто ХИП) или горячего изостатического прессования (в дальнейшем - просто ГИП).

[0008] Однако, даже в случае выполнения спекания с помощью процессов ХИП и ГИП иногда остаются поры, и плотность после спекания получаемого титанового сплава не повышается. С учетом данного факта, например, может быть использован метод, в котором прочность или вязкость материала сплава, обработанного с помощью процессов ХИП и ГИП, улучшают посредством добавления В, Мо, W, Ta, Zr, Nb или Hf к порошку сплава в качестве третьего компонента (см. приведенную ниже ссылку 2).

[0009] Однако верхний предел остающихся в титановом сплаве после спекания пор регулируют в ссылке 2 на уровне, составляющем не более 50 мкм. По сравнению с традиционным титановым сплавом необходим плотный сплав, имеющий более мелкие поры или по существу не имеющий пор, в качестве материала, которому требуется более высокая прочность.

[0010] Ссылка 1: публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № Hei 02 (1990)-050172.

Ссылка 2: выложенный Японский патент № Hei 05 (1993)-009630.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить порошок титанового сплава с превосходным качеством за счет порошкового метода с использованием лома титанового сплава или слитка титанового сплава в качестве сырья, материал титанового сплава и способ его получения.

[0012] В результате дальнейшего исследования авторами изобретения данных проблем в виду вышеупомянутых обстоятельств было установлено, что может быть получен составной порошок титанового сплава с равномерным составом путем использования лома титанового сплава или слитка титанового сплава в качестве сырья, его гидрирования с получением гидрированного титанового сплава, его дегидрирования с получением порошка титанового сплава, и последующего добавления порошка меди, порошка хрома или порошка железа, что привело к созданию настоящего изобретения.

[0013] Кроме того, авторы изобретения обнаружили, что составной порошок титанового сплава, содержащий порошок меди, порошок хрома или порошок железа, может быть уплотнен до кажущейся плотности не менее 99% от теоретической плотности с помощью процесса ХИП и последующего процесса ГИП или с помощью процесса ГИП после заключения составного порошка титанового сплава в капсулу, в результате чего было создано настоящее изобретение.

[0014] То есть, составной порошок титанового сплава по настоящему изобретению включает порошок титанового сплава и по меньшей мере один вид металлического порошка, выбранного из порошка меди, порошка хрома и порошка железа, добавленного к порошку титанового сплава, при этом добавленное количество металлического порошка составляет в диапазоне от 1 до 10 мас.% в случае добавления одного металлического порошка, а в случае добавления двух или более металлических порошков добавленное количество металлического порошка составляет в диапазоне от 1 до 20 мас.%.

[0015] В настоящем изобретении желательно, чтобы порошок титанового сплава содержал алюминий и ванадий либо содержал в дополнение к алюминию и ванадию по меньшей мере один вид, выбранный из циркония, олова, молибдена, железа и хрома.

[0016] В настоящем изобретении желательно, чтобы средний размер частиц порошка меди, порошка хрома или порошка железа составлял в диапазоне от 1 до 300 мкм.

[0017] Способ получения составного порошка титанового сплава согласно настоящему изобретению включает стадии гидрирования сырья из титанового сплава с получением гидрированного порошка титанового сплава, дегидрирования гидрированного порошка титанового сплава с получением порошка титанового сплава и добавления по меньшей мере одного из порошка меди, порошка хрома или порошка железа.

[0018] Способ получения материала титанового сплава по настоящему изобретению включает стадии уплотнения составного порошка титанового сплава с помощью процесса ХИП и последующего процесса ГИП или с помощью процесса ГИП после заключения в капсулу.

[0019] Материал титанового сплава по настоящему изобретению получен за счет использования в качестве сырья порошка титанового сплава, который получают способом, включающим стадии гидрирования сырья из титанового сплава с получением гидрированного порошка титанового сплава, дегидрирования гидрированного порошка титанового сплава с получением порошка титанового сплава и добавления по меньшей мере одного из порошка меди, порошка хрома или порошка железа.

[0020] В настоящем изобретении желательно, чтобы истинная плотность материала титанового сплава, полученного вышеописанным способом, составляла не менее 99% от теоретической плотности.

[0021] Как упомянуто выше, поскольку материал титанового сплава по настоящему изобретению получают не через переплавку и затвердевание, ликвации меди, хрома или железа не происходит, и в результате, несмотря на то, что обычно диспергирование или образование твердого раствора методом переплавки считалось затруднительным, медь, хром или железо могут быть добавлены с высокой концентрацией. Кроме того, поскольку во время процессов уплотнения происходят реакции между порошком титанового сплава и порошком меди, порошком хрома или порошком железа, на стадии смешивания не требуется использования какой-либо специальной методики, такой как механическое легирование.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0022] Фиг. 1 представляет собой технологическую блок-схему, показывающую процесс получения материала титанового сплава по настоящему изобретению.

Фиг. 2 представляет собой СЭМ-фотографию порошка сплава Ti-6Al-4V, полученного методами гидрирования и дегидрирования.

Фиг. 3 представляет собой СЭМ-фотографию составного порошка титанового сплава, в котором к порошку титанового сплава добавлен порошок меди.

Фиг. 4 показывает результаты ЭЗМА-анализа содержащего 5% Cu материала сплава Ti-6Al-4V в направлении ширины.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0023] Предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения пояснены ниже со ссылкой на чертежи. Фиг. 1 показывает желательный вариант реализации получения материала титанового сплава по настоящему изобретению. В качестве сырья из титанового сплава может быть использована смесь, состоящая из полученного в другом процессе порошка лигатуры с желательными компонентами и порошка чистого титана; однако, поскольку порошок лигатуры является дорогостоящим, в качестве сырья в настоящем изобретении с точки зрения снижения стоимости желательно использовать лом сплава или слиток титанового сплава, изначально имеющий желательные компоненты, такие как стружка из титанового сплава, кованая стружка из титанового сплава, концевой материал стержней из титанового сплава или т.п.

[0024] Желательно, чтобы длины или размеры таких ломов титанового сплава или слитков титанового сплава (в дальнейшем называемых просто «сырье из титанового сплава») были заранее отрегулированы до заданной величины. Например, в случае стружки из сплава желательно предварительно нарезать материал на куски не более 100 мм. Нарезание на куски указанной длины эффективно способствует последующему процессу гидрирования. Кроме того, не возникает трудностей в случае лома сплава в форме блоков, такого как кованая стружка, при условии, что в результате предварительной обработки он приобрел размеры, подходящие для загрузки в печь для гидрирования. В том случае, когда сырье из сплава представляет собой слиток титанового сплава, желательно превратить такой слиток в нарубленную стружку.

[0025] Сырье из титанового сплава, обработанное и отрегулированное согласно описанному выше, подвергают процессу гидрирования в атмосфере водорода. Процесс гидрирования желательно проводят в диапазоне температур от 500 до 650°С. Поскольку реакция в процессе гидрирования сырья из сплава представляет собой экзотермическую реакцию, использования какой-либо операции нагрева в нагревательной печи, сопровождающейся усилением реакции гидрирования, не требуется, и поэтому реакция гидрирования может быть усилена автоматически.

[0026] Сырье из титанового сплава, подвергнутое обработке гидрированием (в дальнейшем называемое просто «гидрированным титановым сплавом»), затем охлаждают до комнатной температуры, и его желательно измельчают (размалывают) и просеивают до тех пор, пока гидрированный титановый порошок не приобретет заданный размер частиц, в инертной атмосфере, такой как газообразный аргон или т.п.

[0027] Проведением процессов измельчения и просеивания гидрированного порошка титанового сплава можно эффективно способствовать последующему процессу уплотнения составного порошка титанового сплава с помощью процесса ХИП и последующего процесса ГИП или с помощью процесса ГИП после заключения составного порошка титанового сплава в капсулу.

[0028] Затем гидрированный порошок титанового сплава, который был измельчен и просеян, желательно нагревают до тех пор, пока он не достигнет диапазона высокой температуры, в атмосфере, поддерживаемой при пониженном давлении. Температура процесса дегидрирования предпочтительно составляет в диапазоне от 500 до 800°С. Поскольку реакция дегидрирования представляет собой эндотермическую реакцию, в отличие от вышеупомянутой реакции гидрирования, необходима операция нагрева до тех пор, пока водород полностью не выйдет из гидрированного порошка титанового сплава. При помощи этой операции может быть получен порошок титанового сплава по настоящему изобретению.

[0029] Желательно, чтобы порошка титанового сплава по настоящему изобретению был отрегулирован до размера частиц в диапазоне от 1 до 300 мкм.

[0030] Порошок титанового сплава, полученный в результате вышеупомянутого процесса дегидрирования, иногда спекают, а в данном случае желательно повторить процессы измельчения и просеивания.

[0031] После процесса дегидрирования, путем добавления порошка меди, порошка хрома или порошка железа, который является третьим компонентом, используемым в настоящем изобретении, к измельченному и просеянному порошку титанового сплава может быть получен составной порошок титанового сплава по настоящему изобретению. Желательно, чтобы составной порошок титанового сплава, который был подвергнут процессам измельчения и просеивания и добавлению порошка меди, порошка хрома или порошка железа, был отрегулирован до размера частиц в диапазоне от 1 до 300 мкм.

[0032] В настоящем изобретении желательно проводить процесс уплотнения, соответствующим образом объединяя ХИП и ГИП.

[0033] Например, желательно, чтобы составной порошок титанового сплава, полученный вышеупомянутым способом, был заключен в резиновую форму ХИП, обработан при 100-200 МПа, затем заключен в капсулу ГИП и обработан методом ГИП при температуре не выше точки β-превращения при 50-200 МПа в течение 1-5 ч. После процесса ХИП и последующего процесса ГИП может быть получен уплотненный материал титанового сплава.

[0034] В качестве альтернативы желательно, чтобы составной порошок титанового сплава, полученный вышеупомянутым способом, был заключен в капсулу ГИП и обработан методом ГИП при температуре не выше точки β-превращения при давлении 50-200 МПа в течение 1-5 ч без процесса ХИП. Уплотненный материал титанового сплава может также быть получен с помощью только процесса ГИП.

[0035] Далее разъясняется функция и эффект добавления порошка меди, порошка хрома или порошка железа.

ФУНКЦИЯ И ЭФФЕКТ ДОБАВЛЕНИЯ ПОРОШКА МЕДИ, ПОРОШКА ХРОМА ИЛИ ПОРОШКА ЖЕЛЕЗА

Ожидается, что механические свойства, формуемость и спекаемость материала улучшаются в результате добавления порошка меди, порошка хрома или порошка железа.

[0036] В настоящем изобретении желательно добавлять порошок меди, порошок хрома или порошок железа к порошку титанового сплава в качестве третьего компонента. Желательно, чтобы добавляемая доля составляла 1-10% от массы порошка титанового сплава в случае добавления одного вида из перечисленных металлических порошков. Кроме того, желательно, чтобы общая добавляемая доля составляла 1-20% от массы порошка титанового сплава в случае добавления двух или более видов из перечисленных металлических порошков.

[0037] В том случае, когда железо или хром изначально содержится в порошке титанового сплава, добавление желательно проводить так, чтобы сумма содержания железа или хрома, изначально содержащегося в титановом сплаве, и содержания добавленного позднее железа или хрома составляла от 1 до 10%.

[0038] В том случае, когда добавляемая доля порошка меди, порошка хрома или порошка железа, который является третьим компонентом и только один добавляется к порошку титанового сплава, составляет не более 1%, эффект уплотнения не может быть реализован в достаточной степени в процессе уплотнения при процессе спекания. С другой стороны, в том случае, когда добавляемая доля порошка меди, порошка хрома или порошка железа составляет более 10%, нежелательным образом ухудшается прочность титанового сплава.

[0039] В том случае, когда к порошку титанового сплава добавляют несколько третьих компонентов, желательным является диапазон от 1 до 20% по сходной причине.

[0040] В том случае, когда медь, хром или железо изначально содержатся в титановом сплаве, добавление желательно проводить так, чтобы сумма содержания меди, хрома или железа, первоначально содержащихся в титановом сплаве, и содержания этих металлов, добавленных позднее, составляла от 1 до 20%.

[0041] Желательно, чтобы порошок меди, порошок хрома или порошок железа, используемый в настоящем изобретении, обладал чистотой от 2N5 до 4N5.

[0042] Поскольку порошок титанового сплава обладает низкой формуемостью и формовка методом простого прессования в формах или т.п. является затруднительной, требуется процесс ХИП. Прессовка, обработанная методом ХИП, чувствительна к давлению ХИП, прочность понижается при усилии прессования менее 100 МПа, и подходящая прессовка не может быть получена.

[0043] Однако прочность прессовки повышается при добавлении порошка меди, порошка хрома или порошка железа к порошку титанового сплава. В результате форма прессовки может сохраняться даже при усилии прессования, не превышающем 100 МПа. Считается, что естественная низкая формуемость порошка титанового сплава улучшается в результате добавления порошка меди, порошка хрома или порошка железа.

[0044] Деформируемость порошка титанового сплава, к которому добавлен порошок меди, порошок хрома или порошок железа, улучшается и в результате спекаемость также является превосходной.

[0045] Кроме того, подвергая порошок титанового сплава, к которому добавлен порошок меди, порошок хрома или порошок железа, процессу ХИП и последующему процессу ГИП, или заполняя капсулу и осуществляя процесс ГИП, можно получить спеченное изделие, не имеющее пустот и обладающее относительной плотностью не менее 99% от теоретической плотности. Считается, что порошок меди, порошок хрома или порошок железа выполняет функцию способствующей спеканию добавки.

[0046] Кроме того, регулируя добавляемую долю порошка меди, порошка хрома или порошка железа в указанном выше диапазоне и осуществляя процесс ХИП и последующий процесс ГИП или заполняя капсулу и осуществляя процесс ГИП, можно фактически сохранить механические свойства материала титанового сплава, подвергаемого уплотнению. Это происходит из-за эффекта упрочнения твердого раствора, вызванного добавлением порошка меди, порошка хрома или порошка железа.

[0047] В качестве порошка меди, порошка хрома или порошка железа, добавляемого к порошку титанового сплава, может быть использован имеющийся в продаже образец порошка. В том случае, если приготовление образца порошка является затруднительным, может быть использован порошок, полученный размалыванием блочного (цельного) образца и затем просеиванием.

[0048] Порошок титанового сплава, к которому добавлен порошок меди, порошок хрома или порошок железа, уплотняют, осуществляя процесс ХИП и последующий процесс ГИП или осуществляя процесс ГИП после заключения порошка титанового сплава в капсулу.

[0049] Например, в случае сплава, в котором порошок меди, порошок хрома или порошок железа добавлен к сплаву Ti-6Al-4V, желательно проводить процесс ХИП при 900°С, что не превышает точку β-превращения, и при гидростатическом давлении 100-200 МПа, а затем проводить процесс ГИП при гидростатическом давлении 100 МПа в течение 1 ч.

[0050] Кроме того, например, в случае сплава, в котором порошок меди, порошок хрома или порошок железа добавлен к сплаву Ti-6Al-4V, желательно проводить процесс ХИП при 900°С, что не превышает точку β-превращения, и при гидростатическом давлении 100 МПа в течение 1 ч после заключения порошков в капсулу. В результате такого процесса уплотнения может быть получен материал титанового сплава, обладающий плотностью не менее 99%.

[0051] Порошок меди, порошок хрома или порошок железа, добавляемый в порошок титанового сплава, диспергируется в титане матрицы материала сплава во время процесса уплотнения, в результате чего может быть получен сплав, в котором атомы меди, хрома или железа равномерно растворяются в твердом состоянии в титановом сплаве.

[0052] Согласно настоящему изобретению, медь, хром или железо, растворяемые в твердом состоянии в титановом сплаве, могут быть растворены в твердом состоянии с большой долей по сравнению с традиционным способом переплавки, т.е. 1-10 мас.% при добавлении одного порошка и 1-20 мас.% при добавлении нескольких порошков. В результате можно эффективно регулировать механические свойства материала титанового сплава.

[0053] Кроме того, в настоящем изобретении в качестве упомянутого выше сырья для порошка титанового сплава могут быть использованы титановые сплавы, такие как сплав Ti-6Al-4V, сплав Ti-3Al-2,5V, сплав Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, сплав Ti-6Al-6V-2Sn, сплав Ti-10V-2Fe-3Al (10-2-3), сплав Ti-5Al-4V-0,6Mo-0,4Fe (Timetal 54M), сплав Ti-4,5Al-3V-2Fe-2Mo (SP700), сплав Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn (15-3-3-3), сплав Ti-4Al-2,5V-1,5Fe (ATI425), сплав Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti-5553).

[0054] Механические свойства материала титанового сплава, содержащего медь, хром или железо и уплотненного упомянутым выше способом, могут быть дополнительно отрегулированы за счет последующей обработки, такой как прокатка, прессование (выдавливанием) или волочение и термообработка.

ПРИМЕРЫ

Практические примеры получения порошка титанового сплава поясняются ниже.

ПРИМЕР 1

[0055] Лом из стружки сплава Ti-6Al-4V разрезали на куски с длинами не более 10 мм. Нарезанные куски помещали в контейнер и контейнер устанавливали в печь. После вакуумирования внутри печи начинали нагревание, водород вводили в печь после того, как температура внутри печи достигла 300°С, и нагревание продолжали до 650°С, поддерживая внутри печи состояние несколько повышенного давления с помощью водорода. Во время данного процесса, поскольку лом из стружки сплава Ti-6Al-4V и водород взаимодействуют и температура внутри печи повышается, мощность нагревателя устанавливали на 0 и поддерживали такое состояние как есть до завершения реакции.

[0056] После окончания реакции печи давали возможность остыть и доставали материал. Подтверждение проводили рентгеновской дифракцией, и поскольку определены только пики гидрированного титана, было подтверждено, что весь материал превратился в гидрогенизат. Измельчение этого гидрогенизата в атмосфере газообразного аргона и просеивания на сите с размером ячеек 300 меш давало гидрированный порошок титанового сплава с размером частиц не более 48 мкм. Этот гидрированный порошок титанового сплава помещали в контейнер, выполненный из титана, и проводили процесс дегидрирования в вакуумной нагревательной печи. Нагревание начинали после вакуумирования, реакция дегидрирования, при которой отделялся газообразный водород, происходила примерно при 300°С. Нагревание продолжали, повышая температуру до 500°С, а затем 600°С, в результате чего дегидрирование ускорялось. Поскольку реакция дегидрирования представляет собой эндотермическую реакцию, важно поддерживать температуру внутри печи на постоянном уровне для эффективного осуществления дегидрирования. Когда температуры поддерживали на 650°С в течение 1 ч, степень вакуума восстанавливали. Достигнув степени вакуума 1×10-3 мбар, нагревание прекращали и охлаждали. Рентгеновской дифракцией было подтверждено, что полученный порошок представлял собой порошок титанового сплава Ti-6Al-4V. Кроме того, поскольку часть порошка агрегировалась, агрегат дробили на дробилке, получая порошок титанового сплава с размером частиц не более 300 мкм. Фиг. 2 показывает СЭМ-фотографию порошка титанового сплава, полученного вышеописанным образом. На этой фотографии подтверждена возможность получения порошка сплава с относительно равномерным размером частиц способом по настоящему изобретению.

ПРИМЕР 2

[0057] К порошку титанового сплава из примера 1 добавляли порошок электролитической меди (размер частиц: не более 45 мкм, изготовлен JX Nippon Mining & Metals Corporation) в количестве 5 мас.% от порошка титанового сплава и смешивали их в V-образном смесителе. Фиг. 3 показывает СЭМ-фотографию составного порошка титанового сплава, полученного вышеописанным образом. На этой фотографии подтверждена возможность получения составного порошка титанового сплава с относительно равномерным размером частиц способом по настоящему изобретению. Максимальный размер частиц полученного смешанного порошка составлял 300 мкм, а средний размер частиц - 60 мкм.

ПРИМЕР 3

[0058] Порошок титанового сплава с добавлением Cu из примера 2 помещали в резиновую форму ХИП и обрабатывали методом ХИП при 100 МПа. Плотность ХИП-прессовки составляла 65%. Она имела достаточную прочность, чтобы быть самостоятельной, и никогда не разрушалась при обращении с ней.

[0059] ХИП-Прессовку заключали в капсулу из мягкой стали и обрабатывали методом ГИП. Условия ГИП: 900°С, 100 МПа и 1 ч. После процесса ГИП титановый материал вынимали и измеряли его плотность, и она составляла не менее 99%. Упомянутая здесь плотность означает отношение кажущейся плотности к теоретической плотности.

ПРИМЕР 3-2

[0060] Порошок титанового сплава с добавлением Cu из примера 2 заключали в капсулу из мягкой стали и обрабатывали методом ГИП. Условия ГИП: 900°С, 100 МПа и 1 час. После процесса ГИП материал титанового сплава вынимали и измеряли его плотность, и она составляла не менее 99%. Упомянутая здесь плотность означает отношение кажущейся плотности к теоретической плотности.

ПРИМЕР 4

[0061] Проводили испытание на растяжение и испытание по измерению твердости материала титанового сплава из примера 3. 0,2%-ный условный предел текучести составил 1200 МПа, предел прочности - 1300 МПа, а относительно удлинение - 10%. Было подтверждено, что как 0,2%-ный условный предел текучести, так и предел прочности на растяжение были не менее чем на 20% выше, чем у отожженного материала из сплава Ti-6Al-4V без добавления Cu, полученного методом переплавки. Твердость по Виккерсу составляла 465.

[0062] Материал титанового сплава из примера 3 подвергали электронно-зондовому микроанализу (ЭЗМА) вдоль интервала 10,5 мм для подтверждения колебания каждого компонента из Ti, Al, V и Cu, и полученные результаты показаны на фиг. 4. Было подтверждено, что концентрация Cu почти равномерна около 5% вдоль анализируемого интервала 10,5 мм.

ПРИМЕР 5

[0063] К порошку титанового сплава из примера 1 добавляли порошок хрома в количестве 5 мас.% от порошка титанового сплава с получением Cr-содержащего порошка титанового сплава. Порошок Cr приготовили дроблением порошка электролитического хрома, изготовленного фирмой Japan Metals & Chemicals Co., Ltd., и просеиванием его на сите с размером ячеек 50 меш. Cr-содержащий материал титанового сплава получали с помощью процесса ХИП и последующего процесса ГИП в таких же условиях, как и в примере 3. Плотность материала составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 5-2

[0064] Порошок титанового сплава с добавлением хрома из примера 5 заключали в капсулу из мягкой стали и осуществляли процесс ГИП. Условия ГИП: 900°С, 100 МПа и 1 ч. После процесса ГИП материал титанового сплава вынимали и измеряли его плотность, и она составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 6

[0065] К порошку титанового сплава из примера 1 добавляли порошок железа в количестве 5 мас.% от порошка титанового сплава с получением Fe-содержащего порошка титанового сплава. Порошком Fe был имеющийся в продаже распыленный порошок железа со средним диаметром частиц, равным 4 мкм. Fe-содержащий материал титанового сплава получали с помощью процесса ХИП и последующего процесса ГИП в таких же условиях, как и в примере 3. Плотность материала составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 6-2

[0066] Порошок титанового сплава с добавлением железа из примера 6 заключали в капсулу из мягкой стали и осуществляли процесс ГИП. Условия ГИП: 900°С, 100 МПа и 1 час. После процесса ГИП материал титанового сплава вынимали и измеряли его плотность, и она составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 7

[0067] К порошку титанового сплава из примера 1 добавляли порошок Cu и порошок Fe в количестве 5 мас.% (каждого порошка), 10 мас.% (общее количество порошков Cu+Fe) от порошка титанового сплава, с получением Cu-Fe-содержащего порошка титанового сплава. Порошок Cu и порошок Fe были теми же порошками, как и в примерах 2 и 6 соответственно. Cu-Fe-содержащий материал титанового сплава получали с помощью процесса ХИП и последующего процесса ГИП в таких же условиях, как и в примере 3. Плотность материала составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 7-2

[0068] Порошок титанового сплава с добавлением порошка Cu и порошка Fe из примера 7 заключали в капсулу из мягкой стали и осуществляли процесс ГИП. Условия ГИП: 900°С, 100 МПа и 1 ч. После процесса ГИП материал титанового сплава вынимали и измеряли его плотность, и она составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 8

[0069] К порошку титанового сплава из примера 1 добавляли порошок Cu и порошок Cr в количестве 5 мас.% (каждого порошка), 10 мас.% (общее количество порошков Cu+Cr) от порошка титанового сплава, с получением Cu-Cr-содержащего порошка титанового сплава. Порошок Cu и порошок Cr были теми же порошками, как и в примерах 2 и 5 соответственно. Cu-Cr-содержащий материал титанового сплава получали с помощью процесса ХИП и последующего процесса ГИП в таких же условиях, как и в примере 3. Плотность материала составляли не менее 99%.

ПРИМЕР 8-2

[0070] Порошок титанового сплава с добавлением порошка Cu и порошка Cr из примера 8 заключали в капсулу из мягкой стали и осуществляли процесс ГИП. Условия ГИП: 900°С, 100 МПа и 1 ч. После процесса ГИП материал титанового сплава вынимали и измеряли его плотность, и она составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 9

[0071] К порошку титанового сплава из примера 1 добавляли порошок Cr и порошок Fe в количестве 5 мас.% (каждого порошка), 10 мас.% (общее количество порошков Cr+Fe) от порошка титанового сплава, с получением Cr-Fe-содержащего порошка титанового сплава. Порошок Cr и порошок Fe были теми же порошками, как и в примерах 5 и 6 соответственно. Cr-Fe-содержащий материал титанового сплава получали с помощью процесса ХИП и последующего процесса ГИП в таких же условиях, как и в примере 3. Плотность материала составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 9-2

[0072] Порошок титанового сплава с добавлением порошка Cr и порошка Fe из примера 9 заключали в капсулу из мягкой стали и осуществляли процесс ГИП. Условия ГИП: 900°С, 100 МПа и 1 ч. После процесса ГИП материал титанового сплава вынимали и измеряли его плотность, и она составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 10

[0073] К порошку титанового сплава из примера 1 добавляли порошок Cu, порошок Cr и порошок Fe в количестве 4 мас.% (каждого порошка), 12 мас.% (общее количество порошков Cu+Cr+Fe) от порошка титанового сплава, с получением Cu-Cr-Fe-содержащего порошка титанового сплава. Порошок Cu, порошок Cr и порошок Fe были теми же порошками, как и в примерах 2, 5 и 6 соответственно. Cu-Cr-Fe-содержащий материал титанового сплава получали с помощью процесса ХИП и последующего процесса ГИП в таких же условиях, как и в примере 3. Плотность материала составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 10-2

[0074] Порошок титанового сплава с добавлением порошка Cu, порошка Cr и порошка Fe из примера 10 заключали в капсулу из мягкой стали и осуществляли процесс ГИП. Условия ГИП: 900°С, 100 МПа и 1 ч. После процесса ГИП материал титанового сплава вынимали и измеряли его плотность, и она составляла не менее 99%.

ПРИМЕР 11

[0075] Порошок Cu добавляли в количестве 1%, 3%, 8% и 10% совершенно таким же образом, как и в примере 2, получая четыре образца Cu-содержащего порошка титанового сплава. Cu-содержащий материал титанового сплава получали с помощью процесса ХИП и последующего процесса ГИП в таких же условиях, как и в примере 3. Плотности всех материалов составляли не менее 99%. Измеряли их твердость по Виккерсу, и полученные результаты показаны в таблице 1. В таблице 1 также показан результат для содержащего 5 мас.% сплава из примера 4.

ПРИМЕР 11-2

[0076] Каждый из образцов порошка титанового сплава с добавлением Cu, в которых порошок Cu добавлен так, чтобы его содержание составило 1%, 3%, 8% и 10% Cu, как и в примере 11, заключали в капсулу из мягкой стали и осуществляли процесс ГИП. Условия ГИП: 900°С, 100 МПа и 1 ч. После процесса ГИП материал титанового сплава вынимали и измеряли его плотность, и она составляла не менее 99%. Измеряли их твердость по Виккерсу, и полученные результаты показаны в таблице 2. В таблице 2 также показан результат для содержащего 5 мас.% сплава из примера 3-2.

Таблица 1
Содержание Cu 1% 3% 5% 8% 10%
Твердость по Виккерсу 350 380 465 480 435

[0078]

Таблица 2
Содержание Cu 1% 3% 5% 8% 10%
Твердость по Виккерсу 351 375 463 482 440

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 1

[0079] Порошок титанового сплава, такой же, как и в примере 1, подвергали процессу ГИП таким же образом, как и в примере 3, без добавления порошка Cu, Cr и Fe. При извлечении из резиновой формы ХИП ХИП-прессовка не обладала достаточной прочностью, и ее боковая часть отламывалась сразу же после извлечения. Несмотря на отломанную часть, было сделана попытка заключить ХИП-прессовку в капсулу и поместить в контейнер для ГИП. После этого прессовка разломалась в центральной части на два куска, и проведение процесса ГИП было невозможным. Затем таким же образом проводили процесс ХИП при гидростатическом давлении 200 МПа, и прессовка была создана. Осторожно обращаясь с этой прессовкой, ее заключили в капсулу в контейнере для ГИП и провели ГИП в условиях, подобных условиям из примера 3. Прессовку извлекали из контейнера для ГИП и измеряли ее плотность, и она составляла 98%.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 2

[0080] В условиях, подобных условиям из примера 11, изготовили два образца, в которых добавляемая к порошку титанового сплава доля порошка меди составляла 0,5% и 11%, измеряли относительную плотность спеченных изделий после спекания, и полученные результаты показаны в таблице 3. Относительная плотность спеченного изделия, полученного в том случае, когда добавленная к порошку титанового сплава доля порошка меди была 0,5%, составляла 98,3%. Кроме того, относительная плотность спеченного изделия, полученного в том случае, когда добавленная к порошку титанового сплава доля порошка меди была 11%, составляла 98,2%. Как следует из вышеизложенного, в том случае, если добавляемая к порошку титанового сплава доля порошка меди составляет в диапазоне от 1 до 10%, относительная плотность полученного спеченного изделия составляет не менее 99%, что является хорошим результатом. Однако в том случае, если добавляемая к порошку титанового сплава доля порошка меди составляет менее 1% и более 10%, подтверждается, что относительная плотность спеченного изделия может ухудшиться до менее 99%.

Таблица 3
Мас.% 0,5 1 3 8 10 11
Относительная плотность, % 98,3 99,2 99,1 99,3 99,2 98,2

[0082] Настоящее изобретение предлагает составной порошок титанового сплава, уплотненный материал титанового сплава и способ его получения с использованием лома или слитка титанового сплава в качестве сырья и метода гидрирования и дегидрирования.

1. Порошковая смесь для получения титанового сплава, включающая:
порошок титанового сплава, содержащий алюминий и ванадий или содержащий в дополнение к алюминию и ванадию по меньшей мере один из циркония, олова, молибдена, железа и хрома, и
по меньшей мере один металлический порошок, выбранный из порошка меди, порошка хрома или порошка железа, смешанного с порошком титанового сплава,
при этом порошок титанового сплава получен гидрированием сырья из титанового сплава и дегидрированием полученного гидрированного порошка титанового сплава,
при этом количество металлического порошка составляет от 1 до 10 мас. % при добавлении одного вида металлического порошка, а при добавлении двух или более видов металлических порошков количество добавленного металлического порошка составляет от 1 до 20 мас. %.

2. Смесь по п. 1, в которой средний размер частиц порошка меди, порошка хрома или порошка железа составляет от 1 до 300 мкм.

3. Способ получения порошковой смеси по п. 1, включающий этапы:
гидрирование сырья из титанового сплава с получением гидрированного порошка титанового сплава,
дегидрирование полученного гидрированного порошка титанового сплава с получением порошка титанового сплава, и
смешивание полученного порошка титанового сплава с по меньшей мере одним порошком, выбранным из порошка меди, порошка хрома или порошка железа.

4. Способ получения титанового сплава, включающий уплотнение порошковой смеси по п. 1 или 2 путем холодного изостатического прессования (ХИП) и последующего горячего изостатического прессования (ГИП) или ГИП после заключения упомянутой порошковой смеси в капсулу.

5. Титановый сплав, полученный способом по п. 4.

6. Сплав по п. 5, в котором плотность составляет не менее 99% от теоретической.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным титановым сплавам, используемым для изготовления деформированных полуфабрикатов. Сплав на основе титана содержит, мас.

Группа изобретений относится к получению сплава на основе титана из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана. Способ включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы, восстановление металлов из руд при непрерывном перемешивании сырьевой массы с последующим накоплением и формированием продукта в виде кольцевого столбчатого монокристалла, состоящего из интерметаллида, выбранного из ТiАl3, TiFeAl2, TiAl2Fe, TiFe3, и его выгрузку.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления деформированных полуфабрикатов, а также отливок, предназначенных для изготовления деталей энергетического и транспортного машиностроения, авиационной и космической техники с рабочими температурами в интервале от -196 до 450°C.

Изобретение относится к способу получения титановых сплавов. Способ термомеханической обработки титанового сплава включает обработку титанового сплава давлением, включающую пластическое деформирование при температуре в области альфа-бета фаз до эквивалентной пластической деформации с по меньшей мере 25%-ным уменьшением площади поперечного сечения, после чего температура титанового сплава не достигает и не превышает температуры бета-перехода титанового сплава.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к интерметаллидному сплаву на основе системы алюминий-титан , который может быть использован при производстве изделий и покрытий, в частности в производстве лопаток газотурбинных двигателей, клапанов моторов, вентиляторов для горячих газов.

Настоящее изобретение относится к областям металлургии, а именно к способам термической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов. Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава, содержащего, мас.%: 4,0…6,3 алюминия, 4,5…5,9 ванадия, 4,5…5,9 молибдена, 2,0…3,6 хрома, 0…5 циркония, 0…6 олова, 0…0,5 кремния, титан и неизбежные примеси - остальное, включает охлаждение со скоростью V1<3°С/мин из однофазной β-области до температуры T1<370°С и последующее старение при температуре Т2=370…600°С в течение 1…12 часов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для обратимого поглощения водорода, и может быть использовано в транспортных и энергетических устройствах.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, используемым для абсорбции и десорбции водорода, и может быть использовано в транспортных и энергетических устройствах.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к производству слитков жаропрочных сплавов на основе титана. Лигатура содержит, мас.%: вольфрам 28-32, алюминий 28-32, титан остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановому сплаву с высокой коррозионной стойкостью. Титановый сплав содержит, в мас.%: металл платиновой группы 0,01-0,15, редкоземельный металл 0,001-0,10 и Ti и примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, легированных редкоземельными металлами. Способ получения сплава на основе никеля включает загрузку в плавильный тигель шихты в виде металлических отходов или смеси металлических отходов и легирующих металлов, введение в шихту рафинирующей добавки, расплавление шихты и разливку полученного расплава через фильтр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению армированных композиционных материалов, и может быть использовано для получения композиционных материалов, работающих в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и т.п.

Изобретение относится к области получения литых композиционных материалов и может быть использовано для получения пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом, которые работают в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и т.п.

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению термоэлектрических бинарных сплавов типа висмут-сурьма, применяемых для изготовления варизонных полупроводников для термоэлектрических элементов малогабаритных холодильников Пельтье, работающих в интервале температур 100-200 К.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к вторичной переработке алюминиевых отходов, таких как бывшая в употреблении алюминиевая тара из-под напитков и продуктов, и может быть использовано для получения вторичных алюминиевых сплавов, алюминиевых раскислителей для выплавки сплавов, в том числе сталей.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и сплавов, в частности к кремнийсодержащим алюмоматричным композиционным сплавам антифрикционного назначения.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных катодов для ионно-плазменного синтеза многокомпонентных наноструктурных нитридных покрытий.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ изготовления наноразмерного твердого сплава включает приготовление смеси из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, прессование ее в стальной пресс-форме и спекание в вакууме.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения спеченного пористого вольфрамового каркаса включает смешение порошка вольфрама с порошковой активирующей добавкой, состоящей из порошков никеля и железа, прессование и спекание.

Изобретение относится к получению наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения износо-коррозионностойких покрытий гизодинамическим и газотермическим напылением.

Группа изобретений относится к изготовлению деталей из волокнистой объемной структуры. Способ изготовления массивной детали включает этап тканья волокнистой объемной структуры из металлических прядей, образованных множеством металлических нитей, скрученных между собой вокруг продольной оси пряди, и этап изостатического прессования в горячем состоянии упомянутой волокнистой структуры с обеспечением спекания металлических прядей упомянутой волокнистой структуры.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии. Порошковая смесь для получения титанового сплава включает порошок титанового сплава, содержащий алюминий и ванадий или содержащий в дополнение к алюминию и ванадию по меньшей мере один из циркония, олова, молибдена, железа и хрома, и по меньшей мере один металлический порошок, выбранный из порошка меди, порошка хрома и порошка железа, смешанного с порошком титанового сплава. Причем порошок титанового сплава получен гидрированием сырья из титанового сплава и дегидрированием полученного гидрированного порошка титанового сплава. Количество металлического порошка составляет от 1 до 10 мас. при добавлении одного вида металлического порошка, а при добавлении двух или более видов металлических порошков количество добавленного металлического порошка составляет от 1 до 20 мас. . Предложены также способ получения упомянутой порошковой смеси, титановый сплав и способ его получения из упомянутой порошковой смеси. Обеспечивается повышение качества порошковой смеси, которая может быть уплотнена до плотности не менее 99 от теоретической. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 20 пр.

Наверх