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、比強度高、屈強比高、良好的塑韌性、耐腐蝕性好等優(yōu)點，在軍工、民用等領域具有廣闊的應用前景，其性能及制造技術水平直接影響到這些領域的發(fā)展和水平的提高。擴大鈦合金市場的瓶頸是鈦的提取、熔煉、機加工很難，從而導致生產(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，國外大力發(fā)展鈦合金無切削、少切削的近凈形工藝，粉末冶金技術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。用鍛造進行材料加工，其材料性能優(yōu)良，但浪費大，加工量大，成本高，且難獲得形狀復雜的產(chǎn)品；鑄造可獲得形狀復雜的凈形或近凈形產(chǎn)品，成本較低，但鑄造過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則克服了這2種方法的缺點，同時兼有它們的優(yōu)點。因而國內(nèi)外科研者在粉末冶金技術制備鈦合金上開展了很多工作。本文就近年來國外研究開發(fā)的幾種制備高性能鈦合金的粉末冶金技術及其應用狀況做一簡要的介紹。1新粉末冶金制備技術1.1金屬注射成形(MlM)

金屬粉末注射成形(MIM)技術作為一種近凈成形技術，可制備高質(zhì)量、高精度的復雜零件，被認為是目前最有優(yōu)勢的成形技術之一。用MIM法制造鈦及鈦合金近凈形零件，可大幅降低加工費用。據(jù)估計，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和粉末成本的降低-，鈦合金注射成形件的生產(chǎn)量呈增長趨勢。日本最早采用MIM技術生產(chǎn)Ti一4wt%Fe合金運動夾板?，F(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、自動汽車、醫(yī)療器械、牙科植入體及表殼表帶等方面獲得應用一。日本Hitachi metal Precision公司和Casio計算機公司制作的鈦合金表殼在1999年國際粉末冶金會議上獲得MIM優(yōu)勝獎，此表在水深200m仍能正常運轉(zhuǎn)。日本一些大學采用住友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)粉末和有機粘結劑混合，以196MPa的壓力注射成形，在550度脫脂后，再在1000- 1400度，1.33×1O Pa條件下進行真空燒結。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%。