Vorbereitung des pulvermetallurgischen Prozesses für Titan und Titanlegierungen

Titanmetall und Titanlegierungen, hergestellt durch Pulvermetallurgie. Titan hat eine hohe chemische Aktivität und wird leicht durch Gase und Tiegelmaterialien verunreinigt. Daher wird hochwertiges Titanpulver hauptsächlich im Zentrifugalzerstäubungsprozess unter dem Schutz von Vakuum oder hochreinem Inertgas hergestellt. Die Produkte werden in der Regel ohne Bindemittel geformt und der Rohling muss im Vakuum gesintert werden.

In den späten 1940er Jahren wurden erstmals Untersuchungen zum Press- und Sinterprozess unter Verwendung von Titanschwammpulver als Rohmaterial durchgeführt. Die Leistung der nach diesem Verfahren hergestellten Produkte kann jedoch noch nicht den Anforderungen des Luftfahrtsektors genügen. Es wird hauptsächlich zur Herstellung von Korrosionsbeständigkeits-, Filter- und anderen Teilen verwendet, die in der chemischen Industrie, der Leichtindustrie, der Metallurgie, der Meeresentwicklung und anderen Sektoren benötigt werden. Das erste Produkt, das industrielle Anwendung fand, war poröses Filtermaterial aus Titan. Mitte der {1}}er Jahre begann man mit der Entwicklung des Prozesses zur Herstellung von vorlegiertem Titanpulver durch das Verfahren der rotierenden Elektrode und die Verdichtung durch heißisostatisches Pressen. Die statischen mechanischen Eigenschaften der durch dieses Verfahren hergestellten Produkte entsprechen denen von Schmelzprodukten, der Schneidprozess wird jedoch erheblich reduziert, die Materialausnutzungsrate wird verbessert und es wird bereits in der Luftfahrtindustrie eingesetzt. Bis Ende der 1970er Jahre hatte sich die Anwendung von Titanpulvermetallurgieprodukten in der Korrosionsbeständigkeit und in der Luftfahrt rasch weiterentwickelt. China begann Anfang der 1970er Jahre mit der Erforschung von Prozessen und Produkten für die Titanpulvermetallurgie. Ventile, Hülsen, poröse Rohre und Platten aus Titanmetall, verschleißfeste Titan-Titankarbid-Materialien und korrosionsbeständige Titan-Molybdän-Legierungen wurden alle industriell hergestellt. In den späten 1970er Jahren wurden Forschungen zur Zentrifugalzerstäubung zur Herstellung hochwertiger Titanlegierungspulver und zur heißisostatischen Pressformungstechnologie durchgeführt.

1. Natriumreduktionsschwamm-Titanpulver. Diese Art von Pulver hat eine große Leistung, einen niedrigen Preis, eine gute Pulverplastizität und ist für die Kaltumformung geeignet. Es ist der Hauptrohstoff für die Herstellung allgemeiner korrosionsbeständiger Produkte. Da es einen hohen Anteil an Natrium- und Chloridionen enthält, kann es beim Sintern leicht zu einer Kontamination der Ausrüstung und zu einer Verschlechterung der Schweißleistung des Materials führen.

2. Elektrolytisches Titanpulver. Die Reinheit ist höher als die von natriumreduziertem Titanschwammpulver, aber die Formbarkeit von elektrolytischem Titanpulver ist schlechter als die von Titanschwammpulver.

3. Hydriertes Titanpulver. Titanpulver und sein Legierungspulver mit guter Qualität und feiner Partikelgröße können durch den Hydrierungs- und Dehydrierungsprozess erhalten werden; allerdings ist die Losgröße klein und der Preis relativ hoch.

4. Zentrifugal zerstäubtes Titanpulver. In den 1960er Jahren nutzte die American Nuclear Metal Company erstmals das Lichtbogen-Rotationselektrodenverfahren zur Herstellung von vorlegiertem Titanpulver. Das Pulver hat eine kugelförmige Form. Diese Art von Legierungspulver weist eine hohe Reinheit, eine gleichmäßige Zusammensetzung, eine gute Fließfähigkeit und eine Fülldichte von 65 % des theoretischen Wertes auf. Diese Art von Pulver ist nur für die Warmumformung geeignet, und Teile mit komplexen Formen können durch heißisostatisches Pressen hergestellt werden. Da bei der Herstellung von Pulver mit rotierenden Lichtbogenelektroden eine der Elektroden ein Wolframstab ist, kann es leicht zu Wolframverunreinigungen kommen (der Wolframgehalt im Pulver erreicht 400 ppm), was die Ermüdungsleistung des Materials verringert. Um die Verschmutzung durch Wolfram zu beseitigen, wurden verschiedene Pulverisierungsverfahren mit Zentrifugalzerstäubung entwickelt, wie z. B. rotierende Elektroden, rotierende Lichtbogentiegel und rotierende Elektronenstrahlscheiben, die Elektronenstrahlen oder Plasma als Wärmequellen verwenden. Diese Art von Pulver ist der Hauptrohstoff für die Herstellung von Titan-Pulvermetallurgie-Teilen für die Luft- und Raumfahrt.

1. Sintern von losen oder niederdruckumformenden Pulverrohlingen. Die Porosität des Sinterkörpers beträgt 25-70 %, und dieses Verfahren wird hauptsächlich zur Herstellung poröser Titanprodukte und -materialien verwendet.

2. Pressen und Sintern. Das Pressen kann mechanisch oder isostatisch erfolgen. Der Pressdruck liegt zwischen 2000 und 4000 kgf/cm2 und die Sintertemperatur liegt zwischen 1000 und 1400 Grad. Die relative Dichte des Sinterkörpers kann 92-95 % erreichen; Mit diesem Verfahren werden korrosionsbeständige Teile, allgemeine Strukturteile oder Barren zur Weiterverarbeitung hergestellt.

3. Thermoformen. Dabei wird das Pulver oder der Pulverbarren während des Erhitzungsprozesses unter Druck gesetzt. Zu den thermischen Umformverfahren gehören hauptsächlich heißisostatisches Pressen, Vakuumheißpressen usw. Durch Zentrifugalzerstäubung hergestelltes Titanlegierungspulver wird durch heißisostatisches Pressen geformt. Die Dichte des Produkts kann nahe an der theoretischen Dichte liegen und die Eigenschaften sind in alle Richtungen einheitlich; Hochleistungsstrukturteile für die Luft- und Raumfahrt werden hauptsächlich durch heißisostatisches Pressen hergestellt. .

4. Pulverwalzen von Titanpulver und Pulverrohling. Extrudieren und Schmieden von Rohlingen usw. Mit diesen Verfahren können Titanpulvermaterialien oder Teile mit hoher Dichte und guter Leistung erhalten werden. Unter diesen ist das Pulverwalzen eine effektive und wirtschaftliche Verarbeitungstechnologie zur Herstellung poröser Titanplatten und dichter Titanplatten.