Литье под давлением титана и титановых сплавов

01 Введение

На титан и титановые сплавы приходится почти половина плотности железа. Они обладают низкой плотностью, хорошей коррозионной стойкостью, высокой удельной прочностью и удовлетворительной биосовместимостью. Они широко используются в авиации, аэрокосмической промышленности, химической промышленности, биомедицине и других областях и приносят огромную экономическую выгоду человеческому обществу, особенно при замене поврежденных костей, таких как зубные протезы, корни и протезирование протезами с человеческими имплантатами. Титан и титановые сплавы - хороший материал, который может принести пользу человечеству.

Однако наиболее сложной проблемой порошковой металлургии является то, как уменьшить или избежать окисления титана и титановых сплавов. Согласно наблюдениям стандартной диаграммы свободной энергии-температуры оксидов, составленной компанией Gibbs Free Energy, затраты на восстановление окисленного титана или титановых сплавов обратно до l огромны, что не соответствует экономическим выгодам. Именно по этой причине титан и титаносодержащие сплавы также смешиваются в порошке. Недостатком металлургического процесса по сравнению с материалами семейства iron является потеря преимущества в стоимости обработки. Неудивительно, что преимущества титана и титановых сплавов при традиционной объемной обработке намного выше, чем при порошковой металлургии, и это первое, что должны знать специалисты по порошковой металлургии.

02 Балла за внимание

Для достижения успеха в порошковом литье под давлением титана и титановых сплавов необходимо использовать следующие методы:

Если мы надеемся контролировать содержание кислорода в исходном порошке, содержание кислорода в порошке должно быть ниже 3000 частей на миллион, предпочтительно менее 1000 частей на миллион, и только при покупке порошка с низким содержанием кислорода можно получить качественный продукт.

В процессе обезжиривания необходимо обращать внимание на возможность реакции с кислородом. Смешивание порошка и связующего должно осуществляться в защитной атмосфере, литье под давлением должно сводить к минимуму сокращение времени нагрева и выдержки, процесс обезжиривания должен быть защищен восстановительным газом или заменен восстановительным обезжириванием щавелевой кислотой и спеканием в вакууме или защитной атмосфере сразу после обезжиривания.

В конструкции спеченной опорной пластины и опорной системы используются циркониевая пластина и мелкая губчатая титановая подложка, которые нелегко вытеснить титаном, чтобы помочь снизить содержание кислорода в системе спекания.

Добавление кислородсодержащих компонентов, таких как магний, в порошковую систему материала может привести к изменению состава титана и титановых сплавов и ухудшению прочности титана и титановых сплавов после спекания.

2.1 Выбор порошка

Использование порошков с низким содержанием кислорода является предпочтительным выбором для литья под давлением титана и титановых сплавов, что означает, что порошки представляют собой сферические порошки аэрозольным методом, которые охлаждаются под давлением инертным газом. Порошки крупные и круглые, с низким содержанием кислорода. В настоящее время основными производителями порошков являются Carpenter в Соединенных Штатах и Sandvik в Соединенном Королевстве. Размер частиц порошков подходит для d50 = 10 ~ 12 мкм, что слишком мало. Порошок легко окисляется, и этот процесс опасен; метод распыления воды слишком мелкий и грубый, а размер частиц метода механического дробления слишком велик, чтобы подходить для процесса литья под давлением; другая теория поддерживает использование порошка гидрида титана (HTi) для удаления водорода и измельчения круглого порошка с высокой энергией, такой как плазменная обработка. Хотя стоимость получения сырья очень низкая, патентные споры и инвестиции в контрольное оборудование довольно высоки, что пока не является универсальным.

2.2 Формула связующего

Титан и титановые сплавы имеют две системы сырья. Предполагается, что формула лучше, чем в диапазоне усадки от 1,166 до 1,220, как показано в таблице 1 ниже. Эти рецептуры уже есть на рынке.

Таблица 1: Состав связующего для титана и титановых сплавов

OSF = Коэффициент усадки при больших размерах

Из-за окисления титана и титановых сплавов предполагается, что объем l в рецептурном соотношении не должен превышать 63%, чтобы избежать возможности трения между порошком при литье под давлением и смешивании исходного сырья. Как только температура трения станет слишком высокой, вероятность окисления возрастет.

2.3 Указания по подготовке сырья

Особое внимание следует уделять контролю за порядком подачи исходных материалов и температурой смешанного сырья, как описано в таблице 2. Предложена процедура смешивания двух видов исходного сырья. Следует отметить, что процесс смешивания должен осуществляться для того, чтобы защитить атмосферу от удаления кислорода. Также следует отметить, что все частицы или порошки макромолекулярного связующего должны быть высушены, чтобы убедиться в отсутствии влаги, воск и стеариновая кислота, которые трудно высушить, являются низкомолекулярными связующими. Рекомендуется удалять воду с помощью низкотемпературного вакуума.

Рекомендации по процедуре смешивания исходного сырья

03 Основной процесс

После завершения процесса литья под давлением исходное сырье находится в наиболее безопасном состоянии для всего порошка, который может подвергаться воздействию воздуха, но во время нагрева в процессе литья необходимо соблюдать осторожность, чтобы исходное сырье не оставалось в цилиндре слишком долго. После сбоя процесса впрыска сырья plastic-d и настройки машины необходимо установить температуру сопла и зону максимальной температуры в течение 10 минут и отключить температуру, если она не работает, чтобы температура подачи была ниже 150 ℃.

Заготовки из титана и титановых сплавов после литья под давлением ничем не отличаются от заготовок из обычных материалов l и могут быть помещены на воздух. Титан и порошки из титановых сплавов, покрытые связующим веществом, могут эффективно блокировать кислород в воздухе. После обезжиривания, будь то обезжиривание растворителем или восстановительное обезжиривание щавелевой кислотой (сильно окисленное обезжиривание азотной кислотой не рекомендуется), прежде всего, убедитесь, что температура на выходе из печи должна быть ниже 50 ℃. Цельсия, чтобы избежать окисления, обратите внимание, что обезжиренная коричневая заготовка пористая и очень легко вступает в реакцию с кислородом воздуха. Чем короче время размещения коричневой заготовки снаружи, тем лучше, она поступит в систему спекания как можно скорее.

Конструкция спеченной опорной плиты и камеры для спекания очень важна. Поскольку титан и титановые сплавы обладают высоким сродством к кислороду, они могут улавливать кислород даже в оксиде алюминия (Al2O3) при высокой температуре. Поэтому для керамической опорной пластины рекомендуется использовать диоксид циркония (ZrO2), но не следует выбирать материал для карбонизации или азотирования. Титан и титановые сплавы также обладают сродством к элементам углерода и азота. В прошлом опыте спекания было показано, что размещение титановой губки в камере спекания в качестве расходуемого блока для улавливания кислорода является эффективным, но снижает эффективность печи спекания. Он потребляет много титановой губки за один раз, занимает много места и потребляет мало тепла.

Вышеуказанный опыт используется при производстве титана и порошкового литья под давлением из титановых сплавов. Операторы должны быть осторожны. Состояние чистого титанового порошка сопряжено с высоким риском. Все эти цветные металлы (плотность < 4,5 г/куб.см) подвержены риску взрыва пыли, хотя титан и титановые сплавы являются наименее активными цветными металлами.