畢業(yè)論文：HDH鈦粉燒結(jié)工藝實驗研究（含開題報告）

畢 業(yè) 論 文
HDH鈦粉燒結(jié)工藝實驗研究（正文含開題報告）
摘要
鈦及鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高、無磁、焊接性好等優(yōu)良性能，受到廣泛關(guān)注。但是高昂的原料和加工成本極大阻礙了它的實用化進(jìn)程，采用粉末冶金技術(shù)可以有效地解決這一問題。微波燒結(jié)相對于常規(guī)燒結(jié)具有的省時節(jié)能，燒結(jié)均勻等特點(diǎn)，將其引入到金屬粉末冶金材料的生產(chǎn)制造業(yè)中前景廣闊，潛力巨大。
本文研究了HDH鈦粉采用5種不同壓力壓制成型，以及置于3種不同燒結(jié)溫度中真空燒結(jié)，并同微波燒結(jié)進(jìn)行比較。結(jié)果表明: 微波燒結(jié)的升溫速度快，周期短，能促進(jìn)HDH鈦粉的致密化。隨著燒結(jié)溫度和壓制壓力的升高，HDH鈦粉的相對密度、顯微硬度和抗壓強(qiáng)度均升高，在1250 ℃ 和132MPa時達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，即其相對密度、顯微硬度和抗壓強(qiáng)度均處于良好水平。

關(guān)鍵詞：HDH鈦粉；燒結(jié)；溫度；壓力


Abstract
Titanium and titanium alloy has a low density, high specific strength, good corrosion resistance, high heat resistance, non-magnetic, good weldability and e*cellent performance, attracted widespread attention. Bu
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Keywords: HDH titanium powder; microwave sintering; temperature; pressure

目錄
第一章 緒論 5
1.1 本課題研究背景 5
1.2鈦的性質(zhì)及其應(yīng)用 5
1.3 鈦應(yīng)用中的局限性與解決方法 6
1.4微波燒結(jié)原理及其特點(diǎn) 6
1.4.1 微波燒結(jié)原理 6
1.4.2微波燒結(jié)特點(diǎn) 7
1.5 金屬粉末微波燒結(jié)的研究 7
1.6 本課題研究的目的和內(nèi)容 8
第二章 實驗部分 9
2.1 實驗材料與設(shè)備 9
2.1.1 實驗材料: 9
2.1.2 實驗設(shè)備： 9
2.2 實驗過程 10
2.2.1 試驗材料準(zhǔn)備 10
2.2.2真空燒結(jié)和微波燒結(jié) 10
2.2.3 密度、硬度測量 11
2.2.4 力學(xué)性能測量（抗壓強(qiáng)度） 12
2.2.5 金相觀察 12
第三章 結(jié)果與討論 13
3.1 試樣的密度、硬度結(jié)果與分析 13
3.2 試樣的抗壓強(qiáng)度結(jié)果與分析 16
3.3 金相觀察照片 17
3.3.1真空燒結(jié) 17
3.3.2微波燒結(jié) 19
第四章 結(jié)論與展望 20
4.1結(jié)論 20
4.2展望 20
致謝 21
參考文獻(xiàn) 22


第一章 緒論
1.1 本課題研究背景
①鈦及鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高、無磁、焊接性好等優(yōu)良性能，受到廣泛關(guān)注。
②高昂的原料和加工成本極大阻礙了它的實用化進(jìn)程。
③微波燒結(jié)相對于常規(guī)燒結(jié)具有的省時節(jié)能，燒結(jié)均勻等特點(diǎn)，將其引入到金屬粉末冶金材料的生產(chǎn)制造業(yè)中前景廣闊，潛力巨大。
1.2鈦的性質(zhì)及其應(yīng)用
鈦是門捷列夫周期表第四族中的元素，它位于第四周期的第四位（圖1.1）。原子序數(shù)是22，核外電子排布為2，8，10，2（圖1.2），原子量是47.9。鈦的熔點(diǎn)是1660±10℃，沸點(diǎn)3287 ℃ ，密度4.5g/cm3，延展性好，比強(qiáng)度大，機(jī)械性能好，抗腐蝕性能強(qiáng)，鈦的某些性質(zhì)與其他常見金屬的比較如圖1.3所示。鈦及其合金具有低密度、高比強(qiáng)度、耐腐蝕性好以及良好的生物相容性等性能,廣泛應(yīng)用于航空航天、石化、生物工程等領(lǐng)域[1] 。


圖1.1 鈦在元素周期表中的位置 圖1.2 鈦的核外電子分布





性質(zhì) 鈦 鐵 鋁
熔化溫度 OC 1725 1510 660
比重 4.5 7.9 2.7
機(jī)械強(qiáng)度比 5 2.5 1
抗腐蝕性能 鹽水不起作用 在鹽水中生銹 在鹽水中生銹

圖1.3 鈦的某些性質(zhì)與其他金屬的比較

1.3 鈦應(yīng)用中的局限性與解決方法
雖然鈦的應(yīng)用領(lǐng)域廣、性能好，但是,鈦及鈦合金的機(jī)加工性能差,制造成本高,其工業(yè)化應(yīng)用特別是在復(fù)雜零件上的應(yīng)用受到了限制。 采用鈦粉末成形不僅改善了原材料的利用率，而且能夠生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件。目前鈦粉末成形方法主要有3種：①壓力成形燒結(jié)法 ②注射成形法 ③自蔓燃高溫合成法[2]。鈦粉的生產(chǎn)方法有：①鈉還原海綿欽細(xì)粉 ②氫化脫氫法 ③氣體霧化法 ④等離子旋轉(zhuǎn)電極法[3]。目前大多數(shù)鈦的粉末冶金方法采用的是氣體霧化法的鈦粉，但是這種方法生產(chǎn)的成本高，本課題研究的是以生產(chǎn)成本低的氫化脫氫鈦粉維研究材料。HDH法利用海綿鈦吸氫后產(chǎn)生脆性,容易被機(jī)械粉碎,制成氫化鈦粉,將其在真空條件下高溫脫氫便制取了純鈦粉。鈦的氫化是放熱反應(yīng),反應(yīng)開始后能夠吸收大量的氫氣,可一邊緩慢冷卻一邊進(jìn)行反應(yīng),反映結(jié)束后吸收氫氣的重量能占總重量的3.8%±0•3%左右,氫氣進(jìn)入鈦的結(jié)晶格子后,因具有脆性很容易被機(jī)械粉碎,在對氫化鈦進(jìn)行粉碎時,為了防止氫化鈦粉被污染,為了確保生產(chǎn)為安全,避免發(fā)生火災(zāi),粉碎過程中必須要有保護(hù)氣進(jìn)行保護(hù)。
1.4微波燒結(jié)原理及其特點(diǎn)
1.4.1 微波燒結(jié)原理
傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝，是利用電爐絲通電后產(chǎn)生的熱量，通過傳導(dǎo)、對流和輻射的方式傳遞到待燒結(jié)試樣上，從而被試樣吸收而達(dá)到燒結(jié)的目的，燒結(jié)推動力是系統(tǒng)表面能的降低。而微波燒結(jié)與傳統(tǒng)燒結(jié)有著本質(zhì)上的不同，材料對微波的吸收是通過與微波電場或磁場耦合，將微波能轉(zhuǎn)化熱能來實現(xiàn)的，燒結(jié)所需熱量來源于微波具有的特殊波段與材料的基本細(xì)微結(jié)構(gòu)耦合，也可以說熱量是微波與材料作用發(fā)生介質(zhì)損耗而產(chǎn)生的，由此可知，相比傳統(tǒng)燒結(jié)，微波燒結(jié)可使材料受熱更均勻。而且在燒結(jié)過程中，材料還受到電磁場的作用。圖1.3是微波燒結(jié)裝置結(jié)構(gòu)圖[4]。




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