如何降低工業(yè)純及鈦合金的制造加工成本

鈦及鈦合金由于密度低、比強(qiáng)度高、屈強(qiáng)比高、良好的塑韌性、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，在軍工、民用等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，其性能及制造技術(shù)水平直接影響到這些領(lǐng)域的發(fā)展和水平的提高。擴(kuò)大鈦合金市場(chǎng)的瓶頸是鈦的提取、熔煉、機(jī)加工很難，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本高。鈦錠的生產(chǎn)成本約為同重鋼錠的30倍、鋁錠的6倍，其中從礦石到鎂還原制取海綿鈦的成本約為制取同重鐵的20倍。目前，每噸工業(yè)純鈦的成本約為7.5～10$／kg，而航空航天用鈦合金的生產(chǎn)成本更是高達(dá)40$／kg_。

因此降低成本主要是降低工業(yè)純鈦生產(chǎn)成本和鈦及鈦合金的制造加工成本。為了降低鈦合金的成本，國(guó)外大力發(fā)展鈦合金無(wú)切削、少切削的近凈形工藝，粉末冶金技術(shù)就是這種近凈形工藝之一。制造鈦合金部件目前主要有3種方法：①傳統(tǒng)的鍛造材料加工；②鑄造；⑧粉末冶金。用鍛造進(jìn)行材料加工，其材料性能優(yōu)良，但浪費(fèi)大，加工量大，成本高，且難獲得形狀復(fù)雜的產(chǎn)品；鑄造可獲得形狀復(fù)雜的凈形或近凈形產(chǎn)品，成本較低，但鑄造過(guò)程中材料的成分偏析、疏松、縮孑L等缺陷難以避免，材料性能較低。鈦合金的粉末冶金技術(shù)則克服了這2種方法的缺點(diǎn)，同時(shí)兼有它們的優(yōu)點(diǎn)。因而國(guó)內(nèi)外科研者在粉末冶金技術(shù)制備鈦合金上開(kāi)展了很多工作。本文就近年來(lái)國(guó)外研究開(kāi)發(fā)的幾種制備高性能鈦合金的粉末冶金技術(shù)及其應(yīng)用狀況做一簡(jiǎn)要的介紹。1新粉末冶金制備技術(shù)1.1金屬注射成形(MlM)

金屬粉末注射成形(MIM)技術(shù)作為一種近凈成形技術(shù)，可制備高質(zhì)量、高精度的復(fù)雜零件，被認(rèn)為是目前最有優(yōu)勢(shì)的成形技術(shù)之一。用MIM法制造鈦及鈦合金近凈形零件，可大幅降低加工費(fèi)用。據(jù)估計(jì)，目前全世界鈦的MIM部件的生產(chǎn)量為每月3～5t。隨著制備鈦粉工藝的改進(jìn)和粉末成本的降低-，鈦合金注射成形件的生產(chǎn)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。日本最早采用MIM技術(shù)生產(chǎn)Ti一4wt%Fe合金運(yùn)動(dòng)夾板。現(xiàn)在最大的鈦粉末注射成形的生產(chǎn)廠是日本Injex，每月生產(chǎn)約2～3t。鈦的MIM產(chǎn)品已在高爾夫球頭、自動(dòng)汽車、醫(yī)療器械、牙科植入體及表殼表帶等方面獲得應(yīng)用一。日本Hitachi metal Precision公司和Casio計(jì)算機(jī)公司制作的鈦合金表殼在1999年國(guó)際粉末冶金會(huì)議上獲得MIM優(yōu)勝獎(jiǎng)，此表在水深200m仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。日本一些大學(xué)采用住友Sitix氣霧化球形鈦粉，由MIM法制取了Ti一6Al一4V、Ti一12Mo、Ti一5Co合金等。材料性能均優(yōu)于同等條件下用常規(guī)粉末冶金工藝所制得的材料性能，完全達(dá)到了相同成分的熔煉鍛造材料的水平。此外，日本一家公司用注射成形法制造形狀復(fù)雜的鈦鐵合金零件，如田徑跑鞋的鞋底釘子。該方法將鈦鐵合金(Ti一5wt%Fe)粉末和有機(jī)粘結(jié)劑混合，以196MPa的壓力注射成形，在550度脫脂后，再在1000- 1400度，1.33×1O Pa條件下進(jìn)行真空燒結(jié)。這樣制成的鈦鐵合金鞋釘與鉬合金鞋釘相比，耐磨性和耐沖擊性均提高。且重量減輕45%。