[发明专利]钛扁平制品的制造

说明书

技术领域

本发明涉及钛扁平制品的制造，例如带材或板材，涉及对钛粉生 坯扁平材料的致密化。

背景技术

目前制造带材的轧辊压实法应用于各种金属及其合金的粉末。这 些金属包括钢、不锈钢、硅钢、钴钢、铜、镍、铬、铝和钛。目前的 轧辊压实法涉及到利用标准的轧机来压实金属粉末以产生“生坯”带 材，该金属粉末可以是元素粉末、混合元素(BE)粉末或预合金(PA) 粉末。通过分批或连续的操作，生坯带材进行进一步的烧结和再轧制， 以制造出具有定制孔隙度的扁平带材制品或完全致密的片材。

与常规的用于片材制造的铸锭/锻造加工路线相比，直接粉末轧制 技术具有许多的益处。这些益处包括：

(a)通过使加工步骤的数量最少，降低了运行成本以及固定资本 设备的需要；

(b)能够以最小的偏析风险和较高的产量生产高纯度的片材；

(c)有助于生产细晶粒、高强度的带材，轧制取向对该带材机械 特性和晶粒结构的影响较小；以及

(d)有助于生产那些难以用常规方式生产的特种材料，例如双金 属的、多孔的、复合轴承的、功能梯度的和/或包覆的带材，以及由不 容易进行热加工和/或冷加工的那些合金构成的带材。

有三种已被最广泛使用的粉末加工路线。它们的不同之处在于生 坯带材的制备。在第一种路线中，首先将粉末与粘合剂混合，然后再 对粉末/粘合剂混合物进行轧辊压实。在第二和第三种路线中，分别在 室温或升高温度下对没有粘合剂的干粉末进行轧辊压实。对于这三种 路线的每一种来说，随后对生坯带材进行一段延长时间的烧结，使其 达到高密度，然后进行热轧和/或冷轧。在热轧生坯带材之后，可对得 到的致密化带材在退火前冷轧，或在冷轧之前退火。在对致密化带材 初次冷轧后，可以对得到的冷轧带材在退火前进行进一步的烧结和冷 轧。

正如在第一种路线中那样，粘合剂的使用不是期望的，因为它导 致最终制品的金属带材包含有损害物理特性的夹杂物。因此，第二和 第三种路线对于各种金属粉末带材的生产是优选的，包括钛和钛合金 带材。Imperial Clevite Inc的英国专利说明书GB2107738A和 GB2112021A、Samal的美国专利US4594217、Eylon等的美国专利 US4917858以及Moxson等的美国专利公开US2006/0147333A1公开 了这些路线的步骤。

GB 2107738A的方法涉及：使富集金属合金与填充金属的粉末混 合物通过粉末轧机，以制造出密度为理论值的至少80％的致密化材 料，然后烧结该致密化材料以使颗粒间结合和扩散，从而制出均质的 材料。填充金属可以是钛或钛合金，而富集金属合金可以包含铝、锌、 镁和铜。GB 2112021A的方法与GB 2107738A在原理上的不同之处在 于：初始形成的致密化材料的密度可低达理论密度的50％，然后在烧 结前冷轧。

美国专利US4594217涉及对弥散强化的铜、铁、镍或银进行直接 粉末轧制，该专利的方法与钛的相关之处仅在于：氧化钛是可用于实 现弥散强化的各难熔氧化物之一。粉末轧制用于生产生坯带材，其密 度是理论值的90％至95％，并且在惰性气氛中烧结该生坯带材一段时 间，以使颗粒粘结并形成致密体，然后对该致密体进行至少一个循环 的冷轧和再烧结。

美国专利US4917858专门用于生产Ti₃Al或TiAl的铝化钛箔。可 包含有微量合金化添加剂的混合元素粉末被轧制形成生坯箔，之后对 该箔烧结，例如烧结到密度为理论密度的88％至98％，然后进行合适 形式的热压，例如真空热压、热等静压、热轧或热模锻。

美国专利公开US2006/0147333涉及一种制造钛片材和其他扁平 制品的方法。其中，通过使粉末通过第一组尺寸不同的轧辊，然后通 过第二组较大的轧辊来制造生坯带材。从第一组轧辊出来的带材用于 实现密度为理论密度的40至80％，并且，由于那组尺寸不同的轧辊， 带材被弯曲而传到第二组轧辊。两组中的一组轧辊相对彼此旋转，以 通过剪切变形实现致密化。从第二组轧辊出来的带材进行多级再次冷 轧，据说获得大约100％的理论密度，之后在真空或保护气氛下烧结 带材。所用的粉末混合物是CP钛(工业纯钛)基粉末与合金化粉末 的混合物，该合金化粉末的粒度比钛基粉末小至少十倍，以制造例如 完全致密的Ti-6Al-4V合金。