D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2005.03.013 第27卷第3期 北京科技大学学报 VoL27 No.3 2005年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2005 注射成形Ti6A-4V合金的显微组织和力学性能 郭世柏曲选辉段柏华何新波秦明礼 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要采用金属注射成形方法制备T6A14V合金坯体，然后利用溶剂脱脂和热脱脂工艺 脱除坯中粘结剂，研究了合金在真空烧结和热等静压烧结条件下的显微组织和力学性能.结 果表明：真空烧结T6A4V合金具有典型的魏氏体组织，其初始的阝晶粒粗大，B晶粒内为 次生片状α和薄B相片，空隙较多，合金的强度和塑性较低：合金经热等静压处理后，组织明 显细化且均匀，空隙很少或几乎没有，从而强度和塑性都有所提高. 关键词Ti6A4V;金属注射成形；钛合金：组织：力学性能 分类号TG146.2 钛及其钛合金具有低密度、高比强度、良好 严重影响烧结件的力学性能4”.本文以90%气雾 的高温强度、卓越的耐腐蚀性等优异性能，广泛 化Ti-6A4V和10%氢化-脱氢Ti6A-4V组成 应用于汽车、生物工程和航空航天等领域.但 的混合粉末为原料，采用金属注射成形方法制备 是，钛及其合金的机加工性能差，难以切削，成为 了标准拉伸坯体，然后进行脱脂，研究了真空烧 大量生产复杂形状零件的障碍，因而用金属注射 结钛合金拉伸试样的力学性能和显傲组织，并进 成形(MM)新工艺生产钛部件备受注目. 一步通过对合金的热等静压处理，研究了该合金 实际生产中，利用金属注射成形方法生产不 的组织和性能变化规律. 锈钢部件和软磁合金是非常广泛的，但很少应用 于钛合金材料.钛合金在注射成形过程中存在一 1实验 些难点：在脱脂和烧结过程中，钛很容易被氧化、 1.1金属注射成形T6A4V合金工艺 氮化和碳化，很难提高烧结密度：氧、碳、氨是对 实验所用的钛合金粉末为10%氢化-脱氢 力学性能有重大影响的间隙元素，尤其是氧含 Ti6A4V与90%气雾化Ti6A-4V的混合粉，其 量，随着粘结剂组分、烧结温度、烧结时间和真空 性能如表1.本实验采用新型粘结剂体系，其配方 炉污染程度等因素而相应增加，使得制品变脆， 为质量分数63%石蜡(PW)、12%聚乙二醇 表1钛合金的粉末特性 Table 1 Characteristics of titanium alloy powders 粉末类型 平均粒度m氧的质量分数%碳的质量分数%振实密度/(g·cm)理论密度/(gcm)形状 气雾化Ti-6A-4V 42 0.18 0.05 2.25 4.43 球形 氢化一脱氢Ti6A4V 60 0.42 0.09 2.61 4.43 不规则 混合Ti-6A1-4V 45 0.20 0.08 2.45 4.43 混合 (PEG)、24%低密度聚乙烯和1%硬脂酸(SA).将 进行溶剂脱脂，约脱除质量分数为65%的粘结 混合钛合金粉末与新型粘结剂在XSK-160混炼 剂.溶脱后的坯体于550℃进行真空热脱脂，在 机上于140℃混炼1h,粉末装载量为70%，成形在 320-450℃之间脱脂速率为1℃min,脱除部分聚 CJ-ZZ注塑机上进行，注射温度为145℃，成形模 乙二醇和较高熔点的低密度聚乙烯，然后于 具为标准拉伸棒.坯体首先放入三氯乙烯溶剂中 750℃温度下真空预烧结，最后在1200-1260℃温 度下进行真空烧结， 收稿日期：200406-21修回日期：200409-13 基金项目：国家“863"计划项目No.2001AA337050) 12合金的热等静压处理 作者简介：郭世柏(1974，男，博士研究生 通常对关键的钛合金部件要进行热等静第 卷 第 期 ‘ 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 比 匕 注射成形 甲 ， 合金 的显微组织和 力学性能 郭世柏 曲 选辉 段柏 华 何新 波 秦 明 礼 北京科技大学 材料科学 与工 程 学 院 ， 北 京 摘 要 采用金 属 注 射 成 形 方法制 备 巧 曰 合金 坯 体 ， 然后 利 用溶剂脱 脂和 热 脱 脂 工 艺 脱 除坯 中粘结剂 ， 研 究 了合 金在 真 空烧 结和 热等静压烧 结条件下 的显 微 组 织 和 力学性 能 结 果表 明 真 空烧 结 合 金具 有 典 型 的魏 氏体组 织 ， 其初 始 的 晶粒粗 大 ， 晶粒 内为 次 生 片状 和 薄 相 片 ， 空 隙较 多 ， 合金 的强度 和 塑 性较低 合金 经 热等静压 处 理 后 ， 组 织 明 显 细化且均 匀 ， 空 隙很 少或 几 乎没 有 ， 从 而 强 度 和 塑 性都有 所提 高 关键词 巧 金属注射 成 形 钦合金 组 织 力 学性 能 分 类号 钦及 其 钦合 金 具 有低 密 度 、 高 比强度 、 良好 的高温 强度 、 卓越 的耐 腐 蚀 性 等优异 性能 ， 广 泛 应 用 于汽 车 、 生物 工 程 和 航 空航 天 等领 域 ‘，浏 但 是 ， 钦及 其合 金 的机加 工 性 能差 ， 难 以切 削 ， 成 为 大量 生产 复 杂 形状 零件 的障碍 ， 因而 用 金属 注 射 成 形 通 新 工 艺 生 产钦 部 件 备 受注 目‘习 实际 生 产 中 ， 利 用 金 属 注 射 成 形方 法 生 产 不 锈钢 部件和 软磁合 金 是非 常广泛 的 ， 但 很 少应 用 于钦合金 材料 钦 合 金在注射 成 形 过程 中存 在 一 些难 点 在脱 脂和烧 结过程 中 ， 钦很 容 易被氧化 、 氮 化 和 碳 化 ， 很难 提 高烧 结 密 度 氧 、 碳 、 氮 是对 力 学 性 能 有 重 大 影 响的 间 隙元 素 ， 尤 其 是 氧 含 量 ， 随着粘结剂组 分 、 烧 结温度 、 烧 结 时 间和 真 空 炉 污 染程 度 等 因 素 而 相应 增 加 ， 使 得 制 品变脆 ， 严 重 影 响烧 结件 的力学性 能回 本 文 以 气 雾 化 一 闷 和 氢 化一 脱 氢 币 书 组 成 的混 合粉 末 为原料 ， 采 用 金属 注 射成 形 方法 制备 了标准 拉伸 坯 体 ， 然 后 进 行 脱 脂 ， 研 究 了真 空烧 结钦 合 金 拉 伸试 样 的力 学 性 能和 显微 组 织 ， 并进 一 步通过对 合 金 的热等静 压 处 理 ， 研 究 了该 合 金 的组 织 和 性 能变 化 规 律 实验 金 属 注射 成形 卜石 卜 合金 工 艺 实 验 所 用 的钦 合 金 粉 末 为 氢 化一 脱 氢 币 礴 与 气 雾 化 荀 的混 合 粉 ， 其 性 能如表 本 实验 采用 新 型粘 结剂 体 系 ， 其 配方 为 质 量 分 数 石 蜡 、 聚 乙 二 醇 表 钦 合金 的粉末特性 ， 】 粉末类型 平均粒度加口 氧 的质量分 数瓜 碳 的质量 分数机 振 实密度 · 一勺理 论密度 · 一 ， 气 雾化 巧 氢化 一 脱氢 币 】琦 混合 卜 石 形状 球形 不规则 馄合 、 低 密度 聚 乙 烯 和 硬 脂 酸 将 混 合 钦合 金粉 末 与 新 型粘 结 剂在 玲 混炼 机上 于 ℃ 混炼 ， 粉 末装载 量 为 ， 成 形 在 注 塑机 上 进 行 ， 注 射温 度 为 ℃ ， 成 形 模 具 为标 准拉 伸棒 坯 体 首先 放 入 三 氯 乙 烯 溶 剂 中 收稿 日期 习企 修回 日期 一习弘 基 金项 目 国家 “ ，，计划项 目困。 作者简介 郭世柏 一 ， 男 ， 博士 研究生 进 行 溶 剂 脱 脂 ， 约 脱 除质 量 分 数 为 的粘 结 剂 溶 脱 后 的坯 体 于 ℃ 进 行 真 空 热 脱 脂 ， 在 ℃ 之 间脱 脂 速 率 为 ℃ ， 脱 除 部 分 聚 乙 二 醇 和 较 高 熔 点 的 低 密 度 聚 乙 烯 ， 然 后 于 ℃ 温 度下 真 空预 烧 结 ， 最后 在 份 ℃ 温 度 下 进 行 真 空烧 结 合金 的热等静 压 处 理 通 常 对 关 键 的 钦 合 金 部 件 要 进 行 热 等 静 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．03．013