一种超高塑性低屈强比的高密度镍合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种超高塑性且低屈强比的高密度镍合金及其制备方法。高密度镍合金的制备方法，包括：将所述镍合金的原料置于真空感应炉中进行冶炼并浇铸成铸锭，对获得的铸锭进行均匀化处理，然后将均匀化处理后的铸锭加热进行锻造，最后对高密度镍合金锻材进行热处理，保温温度1100～1450℃，保温0.2～10h，保温结束后空冷至室温；所述镍合金以质量百分比计算包括：35.5％

【技术实现步骤摘要】
一种超高塑性低屈强比的高密度镍合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及冶金领域，尤其涉及一种超高塑性且低屈强比的高密度镍合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镍基合金由于其优异的综合性能而广泛应用于能源、化工、航空、勘探及爆破等领域。作为金属结构材料，强度与塑性是评价其性能的重要指标。随着科学技术飞速发展，某些领域对提升镍基合金塑性的需求越来越突出，但是由于镍基合金的合金化程度较高，大量合金元素的加入使得材料得到强化，导致它的塑性较低，因此目前大部分镍基合金的室温拉伸伸长率很少超过60％，因此获得超高塑性的镍基合金是当前的重要研究方向。
[0003]屈强比是指材料屈服强度和抗拉强度的比值，对于结构材料或机械零件，屈强比可以看作是衡量钢材强度储备的一个系数，屈强比越大越好(考虑节约材料，减轻重量)。而对于需要二次加工成形(例如冲压)类材料，屈强比越低越好，此时需要利用屈服强度到抗拉强度的这一段可塑性对材料进行塑性加工的，过高的屈强比使得塑性加工的这一段较短，加工硬化严重，产生塑性变形后进一步加工变得困难，导致材料开裂。
[0004]镍基合金的性能与组织状态密切相关，通常情况下细晶粒更容易获得良好的塑性，因为变形过程中数量较多的小晶粒更容易通过协调晶粒取向而避免应力局部集中产生开裂。为此提高材料塑性的常见途径是细化晶粒。对于镍基合金，由于加热/冷却过程中不发生固态相变，无法利用材料的相变细化晶粒组织，只能采用形变热处理的方式。即通过热变形过程中的动态再结晶方式实现晶粒细化。但是这种方法对变形过程的操作要求非常高。由于镍基合金的合金化程度较高，其加工工艺窗口较窄，为了获取细晶组织还需要降低加工温度或提高应变速率，进一步提升了制备难度。
[0005]申请人通过添加高比重钨元素提高了镍基合金密度，获得了一种高密度的镍基合金。但是，由于添加大量的强固溶元素钨，导致合金的热加工性能急剧恶化，加工窗口非常窄，获得均匀超细晶组织状态的难度极大。并且制备成本较高，限制了材料的推广应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种具有超高塑性且低屈强比的高密度镍合金及其制备方法，以解决上述问题。
[0007]在实验探索过程中，申请人惊奇地发现，通过熔炼、均匀化、变形与热处理的工艺组合，获得了一种具有超高塑性的高密度镍基合金，同时材料还具备非常低的屈强比。超高的塑性可以保证材料在大变形条件下保持完整结构而不破裂，较低的屈强比可以保证在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏。由于该镍基合金具有超高的塑性、较低的屈强比和较高的密度，是一种非常有潜力的新型材料，可推广应用于药型罩领域。
[0008]有鉴于此，特提出本专利技术。
[0009]为实现以上目的，本专利技术特采用以下技术方案：
[0010]第一方面，提供一种超高塑性且低屈强比的高密度镍合金的制备方法，包括：
[0011]所述镍合金以质量百分比计包括：35.5％
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45％的钨、0
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25％的钴、 30％
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64.5％的镍和≤0.02％的碳，制备方法包括：
[0012](1)将所述镍合金的组成配比原料进行冶炼，然后浇铸成铸锭，控制浇铸温度1530～1580℃；所述冶炼优于真空感应炉中进行；在所述冶炼中添加碳脱氧剂；在所述冶炼中添加碳脱氧剂，所述碳脱氧剂的用量为所述镍合金总质量的0.005～0.02％；
[0013](2)将步骤(1)获取的高密度镍合金铸锭进行均匀化处理，控制铸锭均匀化处理的初始温度(即装炉温度)≤300℃，控制升温速度10～80℃/h，加热升温至1180～1250℃，保温≥15h；所述均匀化处理优选在热处理炉中进行；
[0014](3)将均匀化处理后的高密度镍合金铸锭加热至1150～1250℃，对高密度镍合金进行锻造，每火次变形量15～30％，总变形量≥100％，终锻温度≥1000℃；
[0015](4)将高密度镍合金锻材装入热处理炉进行热处理，保温温度 1100～1450℃，保温0.2～10h，保温结束后空冷至室温。
[0016]本专利技术提供的上述方法充分考虑了对材料密度的要求、对合金的超高塑性要求、易于变形且产生较显著变形而不被破坏的要求，最终经大量创造性研究后提出的；具体主要是从以下几个方面研究的：1.什么样的合金适合用于超高塑性与低屈强比；2.什么样的工艺步骤及参数可以得到目标合金；3.弄清楚合金中的组织状态会导致合金性能受限而达不到目标要求；4. 如何去调控合金组织；5.工艺参数对合金性能是否有重大影响。上述方法中，配方、工艺等多方面的配合具有协同作用，最终达到超高塑性且低屈强比的高密度的需求。其中，由于冶炼原材料不可避免地会带入少量的氧，在真空冶炼环境下，特别的添加适量的碳作为一种高效脱氧剂，能够有效去除合金熔液中的氧；并且与其他脱氧剂相比，反应产物[CO]↑
可以通过挥发去除，合金熔液中氧化物残留少，避免了合金变形过程中氧化产物引起的裂纹萌生开裂。
[0017]可选地，所述镍合金以质量百分比计，钨的含量可以是35.5％、36％、 37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％以及35.5％
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45％之间的任一值；钴的含量可以是0％、5％、10％、15％、20％、25％以及0
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25％之间的任一值；镍的含量可以是30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、 64.5％以及30％
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64.5％之间的任一值。
[0018]本专利技术所述冶炼采用现有的方法进行，例如真空感应熔炼、真空感应熔炼+电渣重熔双联冶炼、真空感应熔炼+真空自耗重熔双联冶炼、真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔三联冶炼及真空电弧熔炼，本专利技术在此不再赘述。
[0019]优选地，所述碳脱氧剂的用量为所述镍合金的总质量的0.010～0.02％，例如可以为0.010、0.015、0.017、0.02％中的任意值以及相邻点值之间的任意值。优选方案下，更利于超高塑性且低屈强比的综合性能。
[0020]优选地，步骤(4)所述热处理中，保温温度与时间控制满足：
[0021][0022]其中，T为保温温度(单位：K)，t为保温时间(单位：h)。该优选方案，能够保证晶粒组织的均匀长大，一方面，单位体积晶界比例降低，可降低晶界强化引起的加工硬化效果；另一方面，较大的晶粒更利于保证晶粒内部充足的位错存储裕度，避免变形过程中位错过
早塞积晶界，从而延缓晶界处萌生裂纹引起合金宏观开裂。
[0023]优选地，步骤(4)所述保温温度例如可以为1150、1200、1250、1300、 1350、1400、1450℃中的任意值以及相邻点值之间的任意值，优选在1200℃以上，进一步优选1200
‑
1400℃。优选方案下，更利于超高塑性且低屈强比的综合性能。
[0024]步骤(4)所述保温0.2～10h，例如可以为0.2、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高塑性且低屈强比的高密度镍合金的制备方法，其特征在于，所述镍合金以质量百分比计包括：35.5％
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45％的钨、0
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25％的钴、30％
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64.5％的镍和≤0.02％的碳，所述镍合金的制备方法包括：(1)将所述镍合金的组成配比原料进行冶炼，然后浇铸成铸锭，控制浇铸温度1530～1580℃；在所述冶炼中添加碳脱氧剂，所述碳脱氧剂的用量为所述镍合金总质量的0.005～0.02％；(2)将步骤(1)得到的高密度镍合金铸锭进行均匀化处理，控制铸锭均匀化处理的初始温度≤300℃，控制升温速度10～80℃/h，然后加热升温至1180～1250℃，保温≥15h；(3)将均匀化处理后的高密度镍合金铸锭加热至1150～1250℃进行锻造，每火次变形量15～30％，总变形量≥100％，终锻温度≥1000℃；(4)将步骤(3)得到的高密度镍合金锻材进行热处理，保温温度1100～1450℃，保温0.2～10h，保温结束后空冷至室温。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳脱氧剂的用量为所述镍合金总质量的0.010～0.02％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述真空感应熔炼的浇铸温度控...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑磊，赵鑫，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：