Производство титановых сплавов и деталей экономичным методом порошковой металлургии для широкомасштабного промышленного применения

Abstract

Получение титановых сплавов и изделий из них методами порошковой металлургии позволяет существенно снизить их стоимость, способствуя расширенному использованию этих материалов. В данной работе сплавы Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Fe и Ti-8Mn были синтезированы по простейшей технологии прессования и спекания смесей порошковых компонентов. В этом подходе критическим параметром является конечная пористость, влияющая на механические свойства. Показано, что использование порошка наводороженного титана вместо традиционного порошка титана с добавками легирующих элементов в виде лигатур улучшает синтез, обеспечивая повышенную относительную плотность (до 99 %), улучшенную химическую гомогенность, однородную микроструктуру и высокие механические свойства конечных сплавов при снижении их стоимости. Синтезированные материалы имели усталостные свойства и свойства на растяжение на уровне соответствующих сплавов, полученных по стандартной технологии. Данный подход предполагается задействовать для экономичного получения автомобильных деталей. Ключевые слова: титановые сплавы, порошковые смеси, синтез, механические свойства.

Отримання титанових сплавів та виробів з них методами порошкової металургії дозволяє суттєво знизити їх вартість і сприяє розширеному використанню цих матеріалів. В даному дослідженні сплави Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Fe і Ti-8Mn були синтезовані за найпростішою технологією пресування та спікання сумішей порошкових компонентів. У цьому підході критичним параметром є залишкова пористість, яка визначає рівень механічних властивостей. Показано, що використання порошку наводненого титану замість традиційного порошку титану в сумішах з лігатурами покращує синтез, забезпечуючи високу відносну густину (до 99 %), кращу хімічну гомогенність, однорідну мікроструктуру та високі механічні властивості сплавів при зниженій їх вартості. Синтезовані матеріали мали властивості на розтяг та втомні властивості на рівні відповідних сплавів, отриманих за стандартною технологією. Даний підхід передбачається використати у економічному виробництві автомобільних деталей. Ключові слова: титанові сплави, порошкові суміші, синтез, механічні властивості.

Production of powder metallurgy titanium alloys and components can lead to a substantial reduction in the cost of parts compared to the more conventional cast and wrought processes and, therefore, has the potential to increase the use of titanium. In this study Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Fe and Ti-8Mn materials were synthesized with simplest press-and-sinter technique using blended elemental powder metallurgy. Final porosity which influences the mechanical properties is critical issue in this approach. It was shown that use of hydrogenated titanium powder instead of traditional titanium powder combined with master alloy additions significantly improved the synthesis in sense that higher relative density (up to 99 %, i.e. density close to theoretical), better chemical homogeneity, uniform sintered microstructure, the high mechanical properties and the lowest cost were achieved. Sintered materials had tensile and fatigue properties that rival those of conventionally processed alloys. This approach is particularly amenable to the production of components in the cost-sensitive auto industry. Keywords: titanium alloys, powder alloys, synthesis, stress-strain properties.