一种钒钨钛合金球壳构件的制备方法技术

一种钒钨钛合金球壳构件的制备方法，成分：钨：6‑7％、钛：4‑5％，其余为钒，将钨粉、钛粉和钒粉配料过筛，球磨机中混合均匀后加入到底模的型腔中，与冲头配合压制成预制球壳毛坯；将预制球壳毛坯在1000～1200℃温度下热等静压成型，在900～1100℃温度模锻成型，再于900～1100℃温度0.5～5小时热处理；接着以50～100℃/小时的冷却速度冷却，最后600～700℃下回火，室温出炉，机加工得到成品。本发明专利技术工艺合理、材料利用率高，制备的钒钨钛合金球壳构件具有良好的抗辐射诱变膨胀和损伤、尺寸稳定性、高热传导性、较低的热膨胀系数、较低的弹性模量、较好的抗蠕变性能、良好加工性能、与液体锂具有良好的相容性、同时又具有优异的低生物危害的安全性和环保特性。

【技术实现步骤摘要】
一种钒钨钛合金球壳构件的制备方法
本专利技术涉及一种球壳构件的制造工艺，尤其涉及一种钒钨钛合金球壳构件的制备方法。
技术介绍
钒基合金是优良的聚变反应堆用结构材料，和其他金属结构材料相比，钒基合金最显著的优点是其在中子辐照条件下的低激活特性和优良的高温强度性能。此外，钒基合金还具有良好的抗辐射诱变膨胀和损伤、良好的尺寸稳定性、高热传导性、较低的热膨胀系数、较低的弹性模量、低生物危害的安全性和环保特性、较好的抗蠕变性能、良好的加工性能、与液体锂具有良好的相容性等。钒基合金的特性决定了其在一些特定的环境中具有较好的应用前景，目前钒基合金主要应用在航空、国防、核聚变和高温环境等领域。早在20世纪60年代，国外就开始了对钒基合金的研究工作，直到20世纪90年代，随着对聚变反应堆用材料的深入研究和为满足科学研究及一些领域的特殊要求，美国、俄罗斯、欧盟和日本对钒基合金进行了大量系统的研究工作。长期以来我国对钒的研究和应用主要集中在钢铁工业，对钒基合金的研究只是最近几年才开始。随着科技发展对材料性能要求的提高，各国材料科研工作者对钒合金越来越重视，由于V-Cr-Ti合金的固有缺点，如高温下容易氧化或者吸氧，致使合金塑性和韧性降低；在氢环境中使用吸氢严重，引起氢脆。为了克服这些缺点和进一步提高钒合金的综合性能，采用以W代Cr的办法，研究出钒钨钛合金，极大改善了合金的抗氢脆能力和进一步提高其高温使用性能。随着人类对能源需求的不断增加，以及煤、石油、天然气等能源储量的日益减少,核能将发挥更显著的作用。核反应堆的建造是解决世界能源问题的重要举措之一。钒合金是重要的聚变核反应堆候选结构材料，具有优良的低活化特性、高温强度、耐液态金属腐蚀、抗中子辐照肿胀等性能。因此,该合金在聚变核反应堆的第一壁、包层和偏滤器等结构的设计中备受关注。目前，国内多家单位正在研制用于聚变核反应堆包层结构材料的钒合金，一般是采用电子束熔炼的工艺，先制成铸锭再加工成球壳，这样制备的球壳既达不到要求的性能指标又浪费了材料。更有些单位直接购买棒料加工制备钒合金球壳，此种方法材料浪费严重，材料的性能无法保障。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺合理、材料利用率高的钒钨钛合金球壳构件的制备方法，采用热模锻工艺进行制备，制备的钒钨钛合金球壳构件能达到产品要求的使用性能。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种钒钨钛合金球壳构件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)设计合金成分：钨：6-7％、钛：4-5％，其余为钒，杂质的总含量不大于0.1wt％，上述百分比为质量百分比；2)按上述配比将钨粉、钛粉和钒粉进行配料过筛，在球磨机中混合均匀，将混合好的粉末加入到成型模具的底模的型腔中，与冲头配合压制成预制球壳毛坯；3)将预制球壳毛坯在1000～1200℃温度下热等静压成型，然后在900～1100℃温度下模锻成型，再于900～1100℃温度下进行0.5～5小时热处理；4)接着将热处理后的球壳坯体以50～100℃/小时的冷却速度进行冷却，最后在600～700℃的温度下回火，室温出炉，机加工制成V-W-Ti合金球壳构件。进一步，所述步骤1)的过筛采用200目过筛。进一步，所述步骤2)的成型模具的冲头材料为H13钢，硬度为HRC＝50-55，底模材料为H13钢，硬度为HRC＝50-55。最后，所述步骤3)的热模锻中需加入高温润滑剂，高温润滑剂为80％油基石墨+20％硬脂酸锌。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：采用热模锻工艺进行制备，V-W-Ti合金在高温下，合金中的C、N和O间隙杂质原子与Ti相互作用强烈，形成Ti-CON型沉淀相，影响合金的性能，对于经固溶处理的V-W-Ti合金，在600～700℃回火时形成高度弥散分布的细小沉淀相，强化合金的同时，降低合金的塑性，热处理后测试性能，Rm＝560Mpa，ReL＝390Mpa，A＝27％，达到产品要求的使用性能。本专利技术的制备方法工艺合理、材料浪费少、利用率高，制备的钒钨钛合金球壳构件具有良好的抗辐射诱变膨胀和损伤、良好的尺寸稳定性、高热传导性、较低的热膨胀系数、较低的弹性模量、较好的抗蠕变性能、良好的加工性能、与液体锂具有良好的相容性、同时又具有优异的低生物危害的安全性和环保特性，且该制备方法具有市场推广价值，推广后将会产生巨大的社会效益和经济效益。附图说明图1是本专利技术提供的成型模具的结构示意图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1其生产工艺流程方法如下：配料－混料－热等静压—加热—模锻－固溶处理－回火－成品。具体过程为：按表1所示成分配料，将钨粉、钛粉和钒粉过200目筛，在球磨机中充分混合，使各元素颗粒均匀分布。如图1所示，将混合好的粉末加入到成型模具的底模2的型腔中，与冲头1配合压制成预制球壳毛坯3，其中冲头材料为H13钢，硬度为HRC＝50-55，底模材料为H13钢，硬度为HRC＝50-55；将该预制球壳毛坯在1200℃温度下进行热等静压，然后再在1100℃温度下进行模锻成型，热模锻中使用的高温润滑剂为80％油基石墨+20％硬脂酸锌，再于1000℃温度下进行5小时热处理后，以100℃/小时的冷却速度进行冷却，最后在650℃的温度下进行回火，最后室温出炉，机加工制成V-W-Ti合金球壳构件。对该球壳的性能进行检测，检测结果如表2所示。实施例2其生产工艺流程方法如下：配料－混料－热等静压—加热—模锻－固溶处理－回火－成品。具体过程为：按表1所示成分配料，将钨粉、钛粉和钒粉过200目筛，在球磨机中充分混合，使各元素颗粒均匀分布。如图1所示，将混合好的粉末加入到底模2的型腔中，与冲头1配合压制成预制球壳毛坯3，其中冲头材料为H13钢，硬度为HRC＝50-55，底模材料为H13钢，硬度为HRC＝50-55；将上述预制球壳毛坯在1100℃温度下进行热等静压，在1100℃温度下进行模锻成型，热模锻中使用的高温润滑剂为80％油基石墨+20％硬脂酸锌，再于900℃温度下进行5小时热处理，以80℃/小时的冷却速度进行冷却，在680℃的温度下进行回火，最后室温出炉，机加工制成V-W-Ti合金球壳构件。实施例3其生产工艺流程方法如下：配料－混料－热等静压—加热—模锻－固溶处理－回火－成品。具体过程为：按表1所示成分配料，将钨粉、钛粉和钒粉过200目筛，在球磨机中充分混合，使各元素颗粒均匀分布。如图1所示，将混合好的粉末加入到底模2的型腔中，与冲头1配合压制成预制球壳毛坯3，其中冲头材料为H13钢，硬度为HRC＝50-55，底模材料为H13钢，硬度为HRC＝50-55；将上述成分的粉末冶金预制球壳毛坯在1200℃温度下进行热等静压，在1100℃温度下进行模锻成型，热模锻中使用的高温润滑剂为80％油基石墨+20％硬脂酸锌，再于950℃温度下进行5小时热处理，以50～100℃/小时的冷却速度进行冷却，在700℃的温度下进行回火，最后室温出炉，机加工制成V-W-Ti合金球壳构件。实施例4其生产工艺流程方法如下：配料－混料－热等静压—加热—模锻－固溶处理－回火－成品。具体过程为：按表1所示成分配料，将钨粉、钛粉和钒粉过200目筛，在球磨机中充分混合，使各元素颗粒均匀分布。如图1所示，将混合好的粉末加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒钨钛合金球壳构件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)设计合金成分：钨：6‑7％、钛：4‑5％，其余为钒，杂质的总含量不大于0.1wt％，上述百分比为质量百分比；2)按上述配比将钨粉、钛粉和钒粉进行配料过筛，在球磨机中混合均匀，将混合好的粉末加入到成型模具的底模的型腔中，与冲头配合压制成预制球壳毛坯；3)将预制球壳毛坯在1000～1200℃温度下热等静压成型，然后在900～1100℃温度下模锻成型，再于900～1100℃温度下进行0.5～5小时热处理；4)接着将热处理后的球壳坯体以50～100℃/小时的冷却速度进行冷却，最后在600～700℃的温度下回火，室温出炉，机加工制成V‑W‑Ti合金球壳构件。

【技术特征摘要】
1.一种钒钨钛合金球壳构件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)设计合金成分：钨：6-7％、钛：4-5％，其余为钒，杂质的总含量不大于0.1wt％，上述百分比为质量百分比；2)按上述配比将钨粉、钛粉和钒粉进行配料过筛，在球磨机中混合均匀，将混合好的粉末加入到成型模具的底模的型腔中，与冲头配合压制成预制球壳毛坯；3)将预制球壳毛坯在1000～1200℃温度下热等静压成型，然后在900～1100℃温度下模锻成型，再于900～1100℃温度下进行0.5～5小时热处理；4)接着将热处理后的球壳坯体以50...

【专利技术属性】
技术研发人员：张全孝，田开文，黄伟，黄伟明，兰兰，闫志飞，高平，周春华，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：浙江,33