一种钽合金、钽合金无缝管制备方法及钽合金无缝管技术

本发明专利技术涉及钽合金加工技术领域，具体是涉及一种钽合金及其制备方法、钽合金无缝管及其制备方法，钽合金的制备方法包括以下步骤真空烧结，得到金属烧结条，对金属烧结条进行两次电子束熔炼，得到金属合金锭，对金属合金锭进行热机械加工，得到钽合金坯，本发明专利技术制备得到的钽合金在1100℃下，其维氏硬度≥150，具有室温加工性能好、高温强度和高温硬度高的特性，利用该钽合金制备得到的钽合金无缝管具有优异的室温塑性和良好的抗氧化性能，能在大于1100℃超高温的恶劣极端环境下应用。1100℃超高温的恶劣极端环境下应用。1100℃超高温的恶劣极端环境下应用。

【技术实现步骤摘要】
一种钽合金、钽合金无缝管制备方法及钽合金无缝管


[0001]本专利技术涉及钽合金加工
，具体是涉及一种钽合金及其制备方法、钽合金无缝管及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空、航天和原子能发展领域的快速技术进步给设备设计者和制造者带来了严峻的材料挑战。除了在极端高温环境下运行的必要性外，应用于航空、航天和原子能发展领域设备的材料必须具有高强度、可焊接、具有合理的较长寿命，并且能够承受各种条件的有害影响，如可变应力、氧化、热循环、颗粒侵蚀、辐射等。这些材料的理想性能必须平衡，以便生产出可靠的部件，以满足必须考虑的设计和经济因素。
[0003]由于这些材料应用所需的工作温度已超过1000℃，传统的铁、镍和钴基合金由于在980℃以上强度迅速丧失而变得不适合使用。为了克服目前的局限性，要把重点放在熔点高于2200℃的难熔金属上。
[0004]钽是体心立方结构金属，其熔点高达2996℃，室温延展率大，脆性转变温度为-196℃，具有良好的加工性能。纯钽金属屈服强度较低(≤200MPa)，在作为结构材料进行工程应用时，其塑性大大超出了需求，而强度仍不能满足要求作为一种结构材料。更为严重的是，在1100℃时，抗拉强度只有100MPa左右，已不适合作为结构材料使用。
[0005]为了克服纯钽金属在强度上的不足，需要生产在1000℃-1900℃温度范围内具有高强度的合金，这些合金可以制成有用的形状，并生产具有足够固有抗氧化性的合金，或者可以通过适当的涂层有效保护的合金，在该温度范围内运行，而不会导致部件过早失效，同时考虑经济成本，非常有必要研制和开发新型合金。
[0006]铌与钽一样，是元素周期表中VB族元素，也是体心立方结构金属，能与钽组成无限固溶体。因此钽金属中加入铌形成钽铌合金，可以细化合金的晶粒。在多晶体中，晶界可以阻挡位错的运动，因此，细晶粒的钽-铌合金，可以克服纯钽金属在强度上的不足，提高材料的抗拉强度，并且在室温下具有良好的延展性。铪金属是一种活性金属，铪在钽中的溶解度大于50％。铪金属在钽-铪合金中可以作为：氧化、氮化抑制剂；固溶体增强剂(细化晶粒、晶格畸变提高强度)；固溶体还原剂(有效抑制钽中的氧含量)；分散增强剂(铪的碳化物熔点高达3890℃)。同时钽-铪合金具有低的脆性转变温度，在室温下具有良好的延展性(塑性)。
[0007]钽合金管常应用于火箭喷嘴、原子能发展领域中的高温、耐腐蚀的热交换器和作为红外线跟踪用的红外幅射管。钽合金管的这些应用都需要钽合金管壁厚均匀。目前国内、国外钽合金管所制订的标准要求壁厚公差均为
±
10％；而钽金属密度比较大，达到16.6g/cm3；公差尺寸的放松，非常不利于材料的减薄和减重。因此，非常有必要研制和开发出管壁厚公差≤
±
5％钽合金管。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，提供一种钽合金及其制备方法、钽合金无缝管及其制备方
法，解决了目前纯钽金属应用在航空、航天和原子能发展等领域设备中强度不足的问题，本专利技术制备得到的钽合金在1100℃下，其维氏硬度≥150，具有室温加工性能好、高温强度和高温硬度高的特性，利用该钽合金制备得到的钽合金无缝管具有优异的室温塑性和良好的抗氧化性能，能在大于1100℃超高温的恶劣极端环境下应用。
[0009]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]提供一种钽合金，按照质量百分比，由以下原料组成：铌3.5-5％，铪3-4％，钽91-93.5％，制备得到的钽合金的氧含量≤80ppm，碳含量≤40ppm，氮含量≤20ppm。
[0011]进一步的，还提供一种钽合金的制备方法，包括以下步骤：
[0012]真空烧结，得到金属烧结条；
[0013]对金属烧结条进行两次电子束熔炼，得到金属合金锭；
[0014]对金属合金锭进行热机械加工，得到钽合金坯。
[0015]可选的，真空烧结，得到金属烧结条，具体包括以下步骤：
[0016]称取如上述的钽合金的制备原料作为冶金原料，将冶金原料置于将冶金原料置于混料机中混合；
[0017]将混合后的冶金原料置于等静压机中，压成金属条；
[0018]将金属条置于垂熔炉中进行真空垂熔烧结，得到金属烧结条。
[0019]可选的，将金属条置于垂熔炉中进行真空垂熔烧结，得到金属烧结条具体为：
[0020]将金属条置于垂熔炉中进行真空垂熔烧结，垂熔炉真空度为3.5x10-3
Pa，真空垂熔烧结持续3h，直至金属条温度达到1700℃，然后以100℃的增量将金属条升高温度至2200℃，在不低于2200℃的条件下对金属条保温1-5h，随后金属条在真空中冷却5h到室温，得到真空烧结合金条。
[0021]可选的，对金属烧结条进行两次电子束熔炼，得到金属合金锭，具体包括以下步骤：
[0022]将金属烧结条置于熔炼炉中进行第一次电子束熔炼，熔炼得到直径为110mm 的合金铸锭，其中熔炼炉真空度为5x10-3
Pa，电压为20-25KV，电流为4-8A，进料速度为20-25kg/h，冷却时间为3.5h；
[0023]以第一次电子束熔炼得到的合金铸锭为原料，将合金铸锭置于熔炼炉中进行第二次电子束熔炼，其中熔炼炉真空度为2.5x10-3
Pa，电压为25-30KV，电流为6-10A，进料速度为25-30kg/h，冷却时间为4h，熔炼得到直径为200mm的金属合金锭。
[0024]进一步的，还提供一种钽合金无缝管的制备方法，包括以下步骤：
[0025]取如上述的钽合金的制备方法制备得到钽合金坯为原料，在室温条件下通过螺旋压力机对原料锻造开坯，对原料快速进行多次横向开坯，并保证原料的累积变形率≥40％，得到第一钽合金；
[0026]通过真空退火炉对第一钽合金进行真空再结晶退火，对真空再结晶退火后的第一钽合金进行冷却，得到第二钽合金；
[0027]对第二钽合金循环两次之前的锻造开坯-真空再结晶退火工艺步骤，得到第三钽合金，并确保第三钽合金的晶粒度≤1.5mm；
[0028]确定钻头和旋压芯棒的选型，通过钻头对第三钽合金打孔，对钻出的孔内壁进行磨光处理，在旋压芯棒上涂油润滑，套上经过加热后的第三钽合金，在液压机上用模具对第
三钽合金多道次旋压，确保旋压每道次的变形量≤15％，旋压的总变形量≥60％，直到第三钽合金适合轧制管材即可退出芯棒，得到第一管坯；
[0029]通过真空退火炉对第一管坯进行真空去应力退火，对真空去应力退后的第一管坯进行冷却，得到第二管坯；
[0030]对第二管坯进行缺陷去除处理，将第二管坯内外划伤、折叠、裂纹打磨去除干净，得到第三管坯；
[0031]确定轧辊和冷轧芯棒的选型，通过三辊轧机对第三管坯进行多道次冷轧，确保冷轧每道次变形量为20-30％，冷轧的总变形量≥80％，轧制第三管坯到成品尺寸，得到钽合金管；
[0032]清洗钽合金管，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钽合金，其特征在于，按照质量百分比，由以下原料组成：铌3.5-5％，铪3-4％，钽91-93.5％，制备得到的钽合金的氧含量≤80ppm，碳含量≤40ppm，氮含量≤20ppm。2.一种钽合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：真空烧结，得到金属烧结条；对金属烧结条进行两次电子束熔炼，得到金属合金锭；对金属合金锭进行热机械加工，得到钽合金坯。3.根据权利要求2所述的一种钽合金的制备方法，其特征在于，真空烧结，得到金属烧结条，具体包括以下步骤：称取如权利要求1所述的钽合金的制备原料作为冶金原料，将冶金原料置于将冶金原料置于混料机中混合；将混合后的冶金原料置于等静压机中，压成金属条；将金属条置于垂熔炉中进行真空垂熔烧结，得到金属烧结条。4.根据权利要求3所述的一种钽合金的制备方法，其特征在于，将金属条置于垂熔炉中进行真空垂熔烧结，得到金属烧结条具体为：将金属条置于垂熔炉中进行真空垂熔烧结，垂熔炉真空度为3.5x10-3
Pa，真空垂熔烧结持续3h，直至金属条温度达到1700℃，然后以100℃的增量将金属条升高温度至2200℃，在不低于2200℃的条件下对金属条保温1-5h，随后金属条在真空中冷却5h到室温，得到真空烧结合金条。5.根据权利要求4所述的一种钽合金的制备方法，其特征在于，对金属烧结条进行两次电子束熔炼，得到金属合金锭，具体包括以下步骤：将金属烧结条置于熔炼炉中进行第一次电子束熔炼，熔炼得到直径为110mm的合金铸锭，其中熔炼炉真空度为5x10-3
Pa，电压为20-25KV，电流为4-8A，进料速度为20-25kg/h，冷却时间为3.5h；以第一次电子束熔炼得到的合金铸锭为原料，将合金铸锭置于熔炼炉中进行第二次电子束熔炼，其中熔炼炉真空度为2.5x10-3
Pa，电压为25-30KV，电流为6-10A，进料速度为25-30kg/h，冷却时间为4h，熔炼得到直径为200mm的金属合金锭。6.一种钽合金无缝管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取如权利要求2-5中任意一项所述的钽合金的制备方法制备得到钽合金坯为原料，在室温条件下通过螺旋压力机对原料锻造开坯，对原料快速进行多次横向开坯，并保证原料的累积变形率≥40％，得到第一钽合金；通过真空退火炉对第一钽合金进行真空再结晶退火，对真空再结晶退火后的第一钽合金进行冷却，得到第二钽合...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋任翔，陈尚军，蒋泽中，张林，彭智，文永海，
申请(专利权)人：长沙南方钽铌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：