【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钛合金领域，具体涉及一种高强度零膨胀合金棒材及其制备方法。
技术介绍
1、在精密仪器领域，零膨胀性能成为材料工程和设计中的关键因素。零膨胀性能指的是在温度波动的情况下，材料的尺寸变化趋近于零。这一特性对于确保仪器在各种环境条件下维持高度精准和稳定的性能至关重要。
2、现有技术中已公开获得负膨胀或低膨胀钛合金的相关技术方案，如公开号：cn112680681a、cn115612893a、cn105886981a、cn107164653a、cn105821246a等。然而，以上现有技术均不涉及旋锻与热处理对合金强度与零膨胀性能的共同调控作用，现有技术公开的钛合金材料均不同时具备高强度与零膨胀特性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高强度零膨胀合金棒材及其制备方法，解决现有技术中钛合金板材无法满足同时具备高强度与零膨胀特性等问题。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种高强度零膨胀合金棒材，按质量百分比计，合金的成分含量如下：ti63％～65％，nb 23％～25％，zr 3％～5％，sn 7％～9％，o 0.05～0.2％；合金的热膨胀系数沿单一方向小于1.5ppm/℃，抗拉强度1100～1500mpa，延伸率8％～15％，弹性模量为60～80gpa。
4、所述的高强度零膨胀合金棒材的制备方法，按以下步骤依次进行：
5、(1)调节成分配比，使合金的元素组成的质量百分比满足：ti：63％～65％，nb：
6、(2)压制合金电极并进行真空熔炼；
7、(3)锻造开坯-冷却，控制锻造温度为700～1250℃，控制形变量为10～50％，控制冷却速率10～30℃/分钟，冷却终点温度为20℃；
8、(4)轧制，控制轧制温度为400～700℃，形变量10～50％；
9、(5)保温处理，保温温度20～500℃，保温时间1～3分钟；
10、(6)轧制，控制轧制温度为20～400℃，形变量10～50％；
11、(7)冷却处理，冷却速度10～50℃/分钟，冷却至室温；
12、(8)室温时效处理，时效时间5～24小时；
13、(9)机加工去除氧化皮；
14、(10)准备旋锻机，并安装锻模；
15、(11)主轴开始旋转，使得金属坯料也一同旋转；
16、(12)在金属坯料旋转的同时，锻具或锤头对其进行冲击或挤压，使得金属逐渐变形成所需的形状；变形量10％～50％，合金旋锻处理的温度控制在20～50℃；旋锻后冷却，控制冷却速率为5～25℃/分钟，冷却至室温；
17、(13)热处理；在真空时效环境下，控制时效热处理温度为350℃～450℃，保温时间为1～3h，控制冷却速率为10～30℃/分钟，冷却至室温；
18、(14)保温处理，保温温度20～100℃，保温时间1～24小时；
19、(15)机加工去除氧化皮；
20、(16)得到高强度零膨胀合金棒材。
21、所述的高强度零膨胀合金棒材的制备方法，步骤(10)中，锻模的设计应考虑到最终零件的形状和尺寸，锻模通常由耐高温的合金制成，以确保耐磨和耐热性能，将金属坯料放置在旋转机床上的主轴。
22、所述的高强度零膨胀合金棒材的制备方法，步骤(12)中，这一步骤需要反复进行，直到达到设计要求的尺寸和形状。
23、本专利技术的关键点：
24、现有技术中，在解决“如何提供一种零膨胀合金棒材”这一问题时所采用的惯用技术为：调节合金成分、轧制、固溶、水淬等处理、优化β→α″和/或β→α'相变等；在解决“如何提供一种高强度合金材料”这一问题时所采用的惯用技术为：调节变形量、调节析出相含量、固溶、淬火处理、调节热处理温度/时间等。上述技术方案均不涉及通过轧制-旋锻-热处理的协同调控，对合金强度与零膨胀性能共同提升的作用。目前并没有相关技术可以提供同时具备“高强度”、“零膨胀”的合金材料。
25、本专利技术的技术原理为：
26、本专利技术在限定合金成分后，通过技术方案各步骤的协同作用，可以提升合金母相相稳定性，并同时提升位错阻力，并且调控两相的晶体结构连续转变行为，使合金在升降温时母相与析出相的热膨胀行为相抵消；同时，借助室温时效，可以使满足本方案限定成分的合金产生额外强化相，维持合金零膨胀性能的同时提升强度，最终使合金同时具备高强度与零膨胀性能。
27、本专利技术的优点及有益效果是：
28、1.本专利技术提供了一种高强度零膨胀合金棒材，该合金在热膨胀系数沿单一方向小于1.5ppm/k，抗拉强度≥1300mpa，延伸率≥8％，弹性模量为60～80gpa，解决了现有零膨胀合金力学性能差的缺点，拓展了零膨胀合金在多场景下的应用能力。
29、2.本专利技术提供了一种双强度零膨胀合金棒材的制备方法，本技术方案不能含有固溶和淬火处理，因为固溶处理与淬火均会破坏合金所需织构和晶体结构，进而使合金无法具备所需热膨胀性能，因此简化了现有零膨胀合金制备流程，有效提高了合金的制备及加工效率。
30、3.与现有技术相比，本专利技术不涉及制备多孔材料、固溶、水淬、等工艺；不需要借助母相→马氏体相的相变实现零膨胀，背离了本领域获得零膨胀合金的常规思路，通过完全不同的作用原理得到了同时具有高强度与零膨胀的合金材料。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高强度零膨胀合金棒材，其特征在于，按质量百分比计，合金的成分含量如下：Ti 63％～65％，Nb 23％～25％，Zr 3％～5％，Sn 7％～9％，O 0.05～0.2％；合金的热膨胀系数沿单一方向小于1.5ppm/℃，抗拉强度1100～1500MPa，延伸率8％～15％，弹性模量为60～80GPa。
2.一种权利要求1所述的高强度零膨胀合金棒材的制备方法，其特征在于，按以下步骤依次进行：
3.按照权利要求2所述的高强度零膨胀合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤(10)中，锻模的设计应考虑到最终零件的形状和尺寸，锻模通常由耐高温的合金制成，以确保耐磨和耐热性能，将金属坯料放置在旋转机床上的主轴。
4.按照权利要求2所述的高强度零膨胀合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤(12)中，这一步骤需要反复进行，直到达到设计要求的尺寸和形状。
【技术特征摘要】
1.一种高强度零膨胀合金棒材，其特征在于，按质量百分比计，合金的成分含量如下：ti 63％～65％，nb 23％～25％，zr 3％～5％，sn 7％～9％，o 0.05～0.2％；合金的热膨胀系数沿单一方向小于1.5ppm/℃，抗拉强度1100～1500mpa，延伸率8％～15％，弹性模量为60～80gpa。
2.一种权利要求1所述的高强度零膨胀合金棒材的制备方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：宫得伦，郝玉琳，侯文韬，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。