一种低密度高强铌合金棒材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低密度高强铌合金棒材，由Ti、Al、W、Cr、Zr、Mo、Y和Nb组成，该铌合金棒材的密度为6.5g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种低密度高强铌合金棒材及其制备方法
本专利技术属于合金棒材
，具体涉及一种低密度高强铌合金棒材及其制备方法。
技术介绍
我国航空航天及空间技术的高速发展对材料的性能提出了越来越高的要求，如登月项目、大型直升机等项目要求在使用温度下，结构材料不仅有很高的高温强度，优良的可加工性能，而且材料的比重要轻。在高温结构件材料中，高温钛合金高温强度小，C/C复合材料可加工性差，常规C103、Nb521等铌合金材料的密度大、价格高。高强低密度铌基合金为了避开了上述缺陷，在铌钛铝系合金中加入钨、钼等高熔点金属元素来固溶强化合金，同时加入一定的低熔点合金元素来降低合金的密度，两种措施同时发挥作用，获得了降低合金密度的同时使铌合金能保持一定的高温强度，满足高温结构件低比重的效果。高强低密度铌合金材料具有低密度和优良的高温强度，成为高温环境下使用极具潜力的候选材料。然而，这种铌合金由于合金化元素较多，合金化程度高，加工时对应力十分敏感。现有技术中大多采用真空自耗电弧熔炼法制备高强低密度铌合金铸锭，由于真空自耗电弧熔炼时冷却速度较快，铌合金铸锭得不到完全平衡的组织，凝固过程中基体成分不均匀，从而产生晶内偏析；另外，由于原材料不可避免含有一定量的气体杂质元素，在熔炼时若气体排出不完全，会在铌合金铸锭内部形成气孔，形成显微缺陷。棒材锻造时，铌合金铸锭中的显微缺陷周围易出现应力集中现象，极易锻裂，成品率极低，制备成本很高，阻碍了它的推广应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种低密度高强铌合金棒材。该铌合金棒材中分别含有低、高熔点金属元素，保证了合金在具有低密度的同时具有较高的室温和高温力学性能；同时，元素钇能细化合金的组织，能进一步改善合金的塑性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种低密度高强铌合金棒材，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Ti29％～31％，Al4％～6％，W4％～5％，Cr5％～8％，Zr0.8％～1.8％，Mo0.3％～1％，Y0.05％～1％，余量为Nb和不可避免的杂质；所述低密度高强铌合金棒材的密度为6.5g/cm3～7.0g/cm3，室温抗拉强度为900MPa～1200MPa，室温延伸率为16％～25％，1200℃的抗拉强度为100MPa～180MPa。本专利技术的铌合金棒材有低熔点金属元素铝、钛和高熔点金属元素W、Mo，能保证合金在具有低密度的同时具有较高的室温和高温力学性能。同时，元素钇能细化合金的组织，能进一步改善合金的塑性。上述的一种低密度高强铌合金棒材，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Ti29.5％～30.5％，Al4.5％～5.5％，W4％～5％，Cr5.5％～7.5％，Zr1％～1.3％，Mo0.4％～0.7％，Y0.05％～0.08％，余量为Nb和不可避免的杂质。上述的一种低密度高强铌合金棒材，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Ti30％，Al5％，W4.5％，Cr6％，Zr1.1％，Mo0.5％，Y0.08％，余量为Nb和不可避免的杂质。另外，本专利技术还提供了一种制备低密度高强铌合金棒材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将零级海绵钛、铝豆、高纯铬、铝钨合金、铝钼合金、钇粉、核级海绵锆置于压制模具中，并保证零级海绵钛、铝豆、高纯铬、铝钨合金、铝钼合金、钇粉、核级海绵锆均沿所述压制模具长度方向上分布均匀，然后压制成电极块，再采用氩弧焊接将电极块组焊成自耗电极；步骤二、将步骤一中得到的自耗电极置于真空自耗电弧熔炼炉内进行熔炼，得到铌合金铸锭，然后切去铌合金铸锭的冒口，再除去铌合金铸锭的表皮气孔和表面氧化皮；所述熔炼的次数为三次或四次；步骤三、将步骤二中经除去表皮气孔和表面氧化皮的铌合金铸锭置于热等静压炉中，在温度为1500℃～1550℃，压力为190MPa～200MPa的条件下热等静压处理9h～15h；步骤四、将步骤三中经热等静压处理后的铌合金铸锭在温度为1050℃～1100℃的条件下加热1h～2h，然后挤压制成铌合金棒坯，再切去铌合金棒坯的头和缩尾，除去铌合金棒坯表面的氧化皮和微裂纹；所述挤压采用的挤压比为4～4.5；步骤五、将步骤四中经除去表面的氧化皮和微裂纹的铌合金棒坯在温度为1050℃～1150℃的条件下加热50min～60min，然后进行锻造，得到低密度高强铌合金棒材；所述锻造的总变形量为40％～60％。本专利技术将经真空自耗电弧熔炼制备的铌合金铸锭进行热等静压处理，使铌合金铸锭在高温高压的条件下下受到均匀压力的作用，消除了铌合金铸锭内部的成分不均匀导致的晶内偏析以及原料中夹杂气体导致的气孔等显微缺陷，得到了内部组织结构优良的铌合金铸锭，避免铌合金铸锭在后续制备成低密度高强铌合金棒材的过程中显微缺陷的周围易出现应力集中现象，从而避免了低密度高强铌合金棒材的断裂，提高了低密度高强铌合金棒材的成材率，上述的方法，其特征在于，步骤一中所述高纯铬的质量纯度为99.9％。采用上述高纯铬作为原料，从源头上降低了原料中的杂质含量，有效保证了铌合金铸锭的低杂质含量。上述的方法，其特征在于，步骤一中所述铝钨合金的牌号为AlW50。上述的方法，其特征在于，步骤一中所述铝钼合金的牌号为AlMo80。本专利技术采用加入中间合金的方式加入铝、钨和钼，有利于熔炼过程的进行。上述的方法，其特征在于，步骤三中所述热等静压处理的时间为14h～15h。上述热等静压处理的时间有利于铌合金铸锭充分受力，提高了铌合金铸锭内部的成分均匀性，进一步消除了晶内偏析及气孔等显微缺陷，避免了铌合金棒材的断裂。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的低密度高强铌合金棒材中含有低熔点金属元素铝、钛和高熔点金属元素W、Mo，保证了合金在具有低密度的同时具有较高的室温和高温力学性能；同时，铌合金棒材中的金属元素钇能细化铌合金棒材的组织，能进一步改善铌合金棒材的塑性。2、本专利技术将铌合金铸锭进行热等静压处理，使铌合金铸锭在高温高压下受到均匀压力的作用，消除了铌合金铸锭内部的成分不均匀导致的晶内偏析以及原料中夹杂气体导致的气孔等显微缺陷，得到了内部组织结构优良的铌合金铸锭，避免铌合金铸锭在后续制备成低密度高强铌合金棒材的过程中显微缺陷的周围易出现应力集中现象，从而避免了低密度高强铌合金棒材的断裂，提高了低密度高强铌合金棒材的成材率，有利于低密度高强铌合金棒材的推广使用。3、本专利技术结合热加工技术和热等静压处理技术制备得到低密度高强铌合金棒材，不仅提高了低密度高强铌合金棒材的成材率，从而避免了原料的浪费，降低了制备成本。4、本专利技术制备得到的低密度高强铌合金棒材的密度为6.5g/cm3～7.0g/cm3，室温抗拉强度为900MPa～1200MPa，室温延伸率为16％～25％，1200℃的抗拉强度为100MPa～180MPa，具有优良的室温和高温综合性能以及较好的室温塑性，满足了结构件使用的要求。下面通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细描述。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的低密度高强铌合金棒材的显微组织图。具体实施方式实施例1本实施例的低密度高强铌合金棒材，由以下质量百分比的成分组成：Ti30％，Al5％，W4.5％，Cr6％，Zr1.1％，Mo0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低密度高强铌合金棒材，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Ti 29％～31％，Al 4％～6％，W 4％～5％，Cr 5％～8％，Zr 0.8％～1.8％，Mo 0.3％～1％，Y 0.05％～1％，余量为Nb和不可避免的杂质；所述低密度高强铌合金棒材的密度为6.5g/cm3～7.0g/cm3，室温抗拉强度为900MPa～1200MPa，室温延伸率为16％～25％，1200℃的抗拉强度为100MPa～180MPa。

【技术特征摘要】
1.一种低密度高强铌合金棒材，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Ti29％～31％，Al4％～6％，W4％～5％，Cr5％～8％，Zr0.8％～1.8％，Mo0.3％～1％，Y0.05％～1％，余量为Nb和不可避免的杂质；所述低密度高强铌合金棒材的密度为6.5g/cm3～7.0g/cm3，室温抗拉强度为900MPa～1200MPa，室温延伸率为16％～25％，1200℃的抗拉强度为100MPa～180MPa。2.根据权利要求1所述的一种低密度高强铌合金棒材，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Ti29.5％～30.5％，Al4.5％～5.5％，W4％～5％，Cr5.5％～7.5％，Zr1％～1.3％，Mo0.4％～0.7％，Y0.05％～0.08％，余量为Nb和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的一种低密度高强铌合金棒材，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Ti30％，Al5％，W4.5％，Cr6％，Zr1.1％，Mo0.5％，Y0.08％，余量为Nb和不可避免的杂质。4.一种制备如权利要求1～3中任一权利要求所述的低密度高强铌合金棒材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将零级海绵钛、铝豆、高纯铬、铝钨合金、铝钼合金、钇粉、核级海绵锆置于压制模具中，并保证零级海绵钛、铝豆、高纯铬、铝钨合金、铝钼合金、钇粉、核级海绵锆均沿所述压制模具长...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡小梅，郑欣，白润，王峰，夏明星，刘辉，薛建嵘，王晖，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61