【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有色金属材料加工，具体涉及一种高强铌合金棒材及其制备方法。
技术介绍
1、我国航空航天及空间技术的高速发展对难熔金属材料的性能提出了越来越高的要求。如我国登月、深空探测等项目在结构材料不仅需要很高的高温强度、优良的可加工性，还对材料大规格、轻量化提出新要求。铌合金相对于钨、钼、钽等合金密度小、经济适用性好，具有优异的可加工性，成为高温环境下使用的首选材料，一般用于航空发动机耐高温结构件和卫星姿态调整器喷嘴，是航天器一种重要的原材料。通常在铌合金中加入钨、钼等高熔点金属元素，起到弥散强化和固溶强化的作用，可以显著提高材料的高温新能，但同时也增加了合金裂纹敏感性，使开坯变形难度增大，也容易产生组织不均匀，影响到材料的最终使用和加工成型。
2、大规格铌合金棒材主要生产方式为“三次电弧炉熔炼+挤压+多火次锻造成形”，该加工过程中工序长、材料表面裂纹多、需要多道次修磨和酸洗，造成棒材成品率低和制造成本较高的问题，同时酸洗也带来对环境污染。申请号为201610607717.1的专利《一种高强度低密度铌合金棒材及其制备方法》中公开了一种30％ti+3％al+4.5w％+1.1％zr+0.5％mo铌合金棒材的生产工艺，通过“熔炼+热等静压+挤压+锻造”获得组织均匀、晶粒细小的低密度铌合金，此方法没有明确“挤压+轧制”的绿色环保的低成本制备技术。
技术实现思路
1、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，提供一种高强铌合金棒材的制备方法。该方法采用包套挤压结
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤一、铸锭熔炼：根据目标产物铌合金棒材的质量百分比组成：w3％～4％，zr2.8％～3.8％，mo 1％～3％，c 0.01％～0.05％，余量为nb和不可避免的杂质，选择铌-钨-钼-锆条采用真空氩弧焊制备自耗电极，然后将自耗电极进行三次真空自耗电弧炉熔炼，得到铌合金铸锭，再锯切锭冒口并去除表面气孔和表面氧化皮；
4、步骤二、包套封装：采用不锈钢包套筒对步骤一中经去除表面气孔和表面氧化皮的铌合金铸锭进行封装，并在头尾部各加一块钢垫，封装在不锈钢包套筒内，得到包套封装锭坯；
5、步骤三、锭坯挤压：将步骤二中得到的包套封装锭坯进行挤压开坯得到棒坯，并切去棒坯的缩尾；
6、步骤四、棒坯轧制：将步骤三中经切去缩尾的棒坯置于电阻炉中加热保温，然后在热轧机上进行1火次或2火次轧制，得到轧制棒材，并进行余温校直；所述轧制棒材的直径较目标产物铌合金棒材的直径大3mm～5mm；
7、步骤五、真空热处理：将步骤四中经余温校直后的轧制棒材进行锯切，并车削加工至目标尺寸，然后采用真空热处理炉进行再结晶退火热处理，得到铌合金棒材；所述铌合金棒材的屈服强度为330mpa以上，抗拉强度为460mpa以上，延伸率为30％以上，断面收缩率为70％以上，且组织均匀、晶粒细小，晶粒度极差控制为2级以内。
8、上述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述三次真空自耗电弧炉熔炼采用1t真空自耗电弧炉，且真空度小于0.3pa，稳定熔炼电流为10000a～12000a，所述铌合金铸锭的尺寸直径×高度为φ330mm×1000mm。
9、上述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述不锈钢包套筒的材质为1cr18ni9ti不锈钢，套筒壁厚为6mm，且头尾部直径较去除表面气孔和表面氧化皮的铌合金铸锭直径大3mm～5mm，所述钢垫为q235钢垫，且钢垫尺寸直径×高度为φ330mm×50mm。
10、上述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述挤压开坯前先将包套封装锭坯置于箱式电阻炉内在1050℃保温4h～5h，然后升温至1100℃～1200℃保温1h；所述挤压开坯采用的挤压比为4～4.5，挤压力为2300t～2400t，挤压速度为30m/s～50m/s。
11、上述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述加热的温度为1050℃～1100℃，保温时间为2h～3h，所述轧制的单道次变形量为16％，轧制的累积变形量为40％～60％。
12、上述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述再结晶退火热处理的退火温度为980℃～1080℃，保温时间为90min～120min，保温段真空度为5×10-5pa以上。
13、上述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述铌合金棒材的直径为φ55mm～φ120mm。
14、此外，本专利技术还公开了一种高强铌合金棒材，其特征在于，由上述的方法制备得到。本专利技术的高强铌合金棒材适用于高温环境，通常用于航空发动机耐高温结构件和卫星姿态调整器喷嘴。
15、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
16、1、不同于传统的“挤压+多火次锻造”制备铌合金棒材的加工周期长、棒材产生表面氧化层和裂纹、多次修磨和酸洗增加损耗导致成品率低、对环境污染等难题，本专利技术采用包套挤压结合多火次轧制的工艺，轧制成品率高，晶粒细化效果好，获得大规格且组织均匀、晶粒细小的高强铌合金棒材，不仅提高了铌合金棒材的成品率和生产效率，还减少了环境污染，节约制备成本，适用于航空航天领域。
17、2、本专利技术在挤压前采用不锈钢包套筒对铌合金铸锭进行封装，可有效避免铌合金铸锭在高温加热时的强烈氧化现象，提高了成品率，并在头尾部各加一块钢垫，其中头部的钢垫有效避免了挤压后铌合金铸锭头部未充分变形造成的材料组织不均现象，尾部的钢垫避免了挤压缩尾而造成的成品率降低现象，有助于改善铌合金棒材的组织性能，并提高铌合金棒材的成品率。
18、3、本专利技术的挤压工艺采用先低温长时保温再升温短时保温的加热程序，使得包套封装的铌合金铸锭充分热透，并有效防止晶粒在高温环境下的粗化长大，避免对产品性能的影响，结合采用大挤压比，可显著细化铌合金铸锭组织的晶粒尺寸，从而提高铌合金棒材的综合性能，并降低了后续加工的操作难度。
19、4、本专利技术通过控制棒坯轧制的加热温度和时间，使得棒坯处于最佳变形状态，结合控制轧制的单道次及累积变形量，有效降低了铌合金裂纹敏感性，提高成品率，并使得铌合金充分变形，优化组织均匀性。
20、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。
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1.一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述三次真空自耗电弧炉熔炼采用1T真空自耗电弧炉，且真空度小于0.3Pa，稳定熔炼电流为10000A～12000A，所述铌合金铸锭的尺寸直径×高度为Φ330mm×1000mm。
3.根据权利要求1所述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述不锈钢包套筒的材质为1Cr18Ni9Ti不锈钢，套筒壁厚为6mm，且头尾部直径较去除表面气孔和表面氧化皮的铌合金铸锭直径大3mm～5mm，所述钢垫为Q235钢垫，且钢垫尺寸直径×高度为Φ330mm×50mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述挤压开坯前先将包套封装锭坯置于箱式电阻炉内在1050℃保温4h～5h，然后升温至1100℃～1200℃保温1h；所述挤压开坯采用的挤压比为4～4.5，挤压力为2300T～2400T，挤压速度为30m/s～50m/s。
5.根据权利要求1所述的一种高强铌合金棒材
6.根据权利要求1所述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述再结晶退火热处理的退火温度为980℃～1080℃，保温时间为90min～120min，保温段真空度为5×10-5Pa以上。
7.根据权利要求1所述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述铌合金棒材的直径为Φ55mm～Φ120mm。
8.一种高强铌合金棒材，其特征在于，由权利要求1～7中任一权利要求所述的方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述三次真空自耗电弧炉熔炼采用1t真空自耗电弧炉，且真空度小于0.3pa，稳定熔炼电流为10000a～12000a，所述铌合金铸锭的尺寸直径×高度为φ330mm×1000mm。
3.根据权利要求1所述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述不锈钢包套筒的材质为1cr18ni9ti不锈钢，套筒壁厚为6mm，且头尾部直径较去除表面气孔和表面氧化皮的铌合金铸锭直径大3mm～5mm，所述钢垫为q235钢垫，且钢垫尺寸直径×高度为φ330mm×50mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强铌合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述挤压开坯前先将包套封装锭坯置于箱式电阻炉内在1050℃保温4h～5h，然后升温至...
【专利技术属性】
技术研发人员：王国栋，李敏娜，马保飞，肖松涛，张英明，郭金明，晁鸿涛，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：
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