钛的粉末冶金是一种完全不同于其他技术的钛零部件生产方法哪些网赌平台信誉好,制造了世界最大的旋压钛合金管

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三、低成本钛合金工艺技术

核心摘要:
汽车应用钛材的好处是不言而喻的,可大大减轻质量,降低燃耗,提高工作效率,改善环境和降低噪音,关键是怎样才能够把钛及其

在降低制造钛合金部件成本的项目中,研究人员开发了各种工艺方法。

汽车应用钛材的好处是不言而喻的,可大大减轻质量,降低燃耗,提高工作效率,改善环境和降低噪音,关键是怎样才能够把钛及其合金零件的成本降低到可以接受的水平。经研究,如采用传统的生产技术,其轧制钛产品的成本是4.4USD/kg,根据一般的经验,每一个加工步骤都要使其成本翻一番,所以材料费用至少达到17.6USD/kg。轧制产品在制作成最终的机械加工零件之后,其成本要高达44USD/kg。显然,要用这样的钛材来取代常用的相应钢制零件是不可能的。然而,采用粉末冶金钛材则大不一样。如果目前可以获得的海绵钛细粉或者残料的价格为4.4~8.8USD/kg,那么净形或者近净形压制坯料的成本就会低于4.4USD/kg;在最小数量的切削加工之后,连杆等零件的成本就是8.8-11USD/kg。粉末冶金不仅能采用低成本的原材料,而且可以降低机械加工费用,特别是净形或者近净形方法是生产尺寸较大、价格较低的汽车零件的有效途径。可见,粉末冶金钛材具有很强的竞争力。

旋压:动力机械产品公司最近在国家优良金属加工技术中心的一个项目中,制造了世界最大的旋压钛合金管。

钛,拥有高强度质量比、高温下的高强度、耐腐蚀和热稳定性等一系列优越性能而广受关注,不过,钛和钛合金的传统用途主要集中在航空航天与航海工业领域。民用钛材的制约因素主要在产品成本。钛的粉末冶金是一种完全不同于其他技术的钛零部件生产方法,粉末冶金生产零部件,用的是粉末而不是海绵钛;粉末冶金可以限制与传统钛生产相关的浪费,不需要真空电弧重熔、电子束熔炼或等离子弧熔炼;粉末可以直接形成任何形状或轧制成品,减少制造一个零部件所需的原材料,产出更高。这一工艺也可以生产近净形零部件,减少传统零部件生产中通常伴随的浪费,工艺步骤少,提高了产出。不过,粉末冶金也存在一些有待改进的问题,其中最主要的是污染控制问题,任何污染都将使金属不能适用于高精密零部件。航空领域的高结构标准使得粉末冶金钛合金出现在航空市场面临重重困难,但它完全可以应用于结构要求没有那么严格的民用领域。其中,最有可能大规模应用的行业就是汽车行业。汽车市场很庞大,一旦钛材在汽车行业的应用得到推广,其用钛量将远远超过目前的航空、航天市场。

旋转冲孔:钛工程公司总经理Mitchell
Dziekonski介绍了与Timken钢公司合作进行的联合项目,该项目采用Timken旋转冲孔工艺,制造经济上可承受的钛合金无缝管。使用旋转滚柱旋转放在芯棒上的坯料,使其在芯棒上伸长,大约90秒时间就可制造一根管子。利用该技术已经把一些合金材料成功成形为管子。成形管子的尺寸外径可为2英寸~11.5英寸,长度可达28英尺。

目前粉末冶金钛合金已经开始应用于新型高性能汽车上,主要用在发动机系统和底盘上,如在发动机系统中用钛合金代替合金钢和不锈钢制成阀门、阀簧和连杆等零部件;在底盘上主要用作弹簧、排气系统、半轴和各种紧固件等。日本丰田汽车公司开发出一种能有效降低成本的粉末冶金锻造方法。用该方法制造汽车发动机钛气门可减重40%。进气门是用Ti-6Al-4V合金通过粉末冶金锻造工艺制取的,排气门由复合材料制造,该复合材料采用一种新的合金粉末以硼化物为强化剂加工而成,其中TiB强化粉末的体积分数约为5%;基体成分为Ti-6Al-4Sn-4Zn-1Mo-0.2Si-0.3O,这种复合材料具有优异的抗蠕变性能。

反应烧结:犹他大学的冶金工程教授K. S. Ravi
Chandran介绍了含硼化钛晶须的钛基复合材料。该材料可采用原位反应烧结工艺进行成形。采用各种体积百分比TiB增强的复合材料也已被制造出,其最大维氏硬度为1800kg/mm2。该教授还在采用美国陆军研究实验室正在鉴定的钛粉冶金方法制造全密度等级装甲板。此外,该教授还介绍了硬化钛合金表面,以增加用于接触和磨损的表面性能的TiB涂覆技术。他重点强调了TiB增强或涂覆的钛合金在生物医学、轴承和轻武器领域中的应用。

粉末冶金:ADMA产品公司是美国一家成功的钛合金粉末冶金公司,其总经理Vladimir
Moxson具有前苏联钛粉技术方面的大量经验。他指出,尖角钛粉比球形粉末易于进行压制和模塑加工。他还介绍了用混合单体粉末冶金方法制造的紧固件。

冷热等静压粉末冶金工艺:Dynamet公司拥有一项具有专利权利的工艺方法,包括混合钛粉和合金粉末,冷等静压,烧结到95%理论密度和不封装进行热等静压。冷热等静压工艺可制造近净成形的部件,其性能等于锻造Ti-6-4的性能,但成本大大降低。该工艺方法已被成功用于加工Ti-6-4、Ti-6Al-6V-2Sn以及钛基复合材料等一些合金材料部件。此外,采用该工艺方法制造了大约45,000件响尾蛇导弹整流罩壳体、2,000件导引头壳体和50,000件毒刺导弹弹头。

Dynamet公司制造了Cerme
Ti系列用TiC或TiB2/TiB增强的钛复合材料。典型的Cerme
Ti等级材料具有19Msi~20Msi杨氏模量值。Cerme Ti
B5的切口保持力优于洛氏硬度为HRC63的钢。很明显,如果新式粉末生产工艺进展到具有生产规模的程度,就可以大量制造钛粉末冶金部件。

目前,钛已成功地用于制造宇宙飞船氧气发生器的多孔粉末冶金板。采用渗透钛骨架的方法,还可制造出新型低密度钛基复合材料。

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