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如何降低工业纯及钛合金的制造加工成本

及钛合金由于密度低、比强度高、屈强比高、良好的塑韧性、耐腐蚀性好等优点,在军工、民用等领域具有广阔的应用前景,其性能及制造技术水平直接影响到这些领域的发展和水平的提高。扩大钛合金市场的瓶颈是钛的提取、熔炼、机加工很难,从而导致生产成本高。钛锭的生产成本约为同重钢锭的30倍、铝锭的6倍,其中从矿石到镁还原制取海绵钛的成本约为制取同重铁的20倍。目前,每吨工业纯钛的成本约为7.5~10$/kg,而航空航天用钛合金的生产成本更是高达40$/kg_。

因此降低成本主要是降低工业纯钛生产成本和及钛合金的制造加工成本。为了降低钛合金的成本,国外大力发展钛合金无切削、少切削的近净形工艺,粉末冶金技术就是这种近净形工艺之一。制造钛合金部件目前主要有3种方法:①传统的锻造材料加工;②铸造;⑧粉末冶金。用锻造进行材料加工,其材料性能优良,但浪费大,加工量大,成本高,且难获得形状复杂的产品;铸造可获得形状复杂的净形或近净形产品,成本较低,但铸造过程中材料的成分偏析、疏松、缩孑L等缺陷难以避免,材料性能较低。钛合金的粉末冶金技术则克服了这2种方法的缺点,同时兼有它们的优点。因而国内外科研者在粉末冶金技术制备钛合金上开展了很多工作。本文就近年来国外研究开发的几种制备高性能钛合金的粉末冶金技术及其应用状况做一简要的介绍。1新粉末冶金制备技术1.1金属注射成形(MlM)

金属粉末注射成形(MIM)技术作为一种近净成形技术,可制备高质量、高精度的复杂零件,被认为是目前最有优势的成形技术之一。用MIM法制造钛及钛合金近净形零件,可大幅降低加工费用。据估计,目前全世界钛的MIM部件的生产量为每月3~5t。随着制备钛粉工艺的改进和粉末成本的降低-,钛合金注射成形件的生产量呈增长趋势。日本最早采用MIM技术生产Ti一4wt%Fe合金运动夹板。现在最大的钛粉末注射成形的生产厂是日本Injex,每月生产约2~3t。钛的MIM产品已在高尔夫球头、自动汽车、医疗器械、牙科植入体及表壳表带等方面获得应用一。日本Hitachi metal Precision公司和Casio计算机公司制作的钛合金表壳在1999年国际粉末冶金会议上获得MIM优胜奖,此表在水深200m仍能正常运转。日本一些大学采用住友Sitix气雾化球形钛粉,由MIM法制取了Ti一6Al一4V、Ti一12Mo、Ti一5Co合金等。材料性能均优于同等条件下用常规粉末冶金工艺所制得的材料性能,完全达到了相同成分的熔炼锻造材料的水平。此外,日本一家公司用注射成形法制造形状复杂的钛铁合金零件,如田径跑鞋的鞋底钉子。该方法将钛铁合金(Ti一5wt%Fe)粉末和有机粘结剂混合,以196MPa的压力注射成形,在550度脱脂后,再在1000- 1400度,1.33×1O Pa条件下进行真空烧结。这样制成的钛铁合金鞋钉与钼合金鞋钉相比,耐磨性和耐冲击性均提高。且重量减轻45%。

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