專利名稱：通過旋鍛形變提高釩鉻鈦合金綜合力學(xué)性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉末冶金法制備的合金采用形變處理提升力學(xué)性能的方法，特別是涉及一種通過旋鍛形變處理技術(shù)提高粉末冶金釩鉻鈦合金綜合力學(xué)性能的方法。
背景技術(shù)：
釩合金具有低的輻照活化性、優(yōu)良的機械性能、高的熱傳導(dǎo)率、優(yōu)良的抗輻照腫脹性、低熱膨脹性、高蠕變強度，可以承受比不銹鋼高Γ7倍的熱負(fù)荷等優(yōu)點，越來越多的應(yīng)用于航空、國防、核聚變和高溫環(huán)境等領(lǐng)域。二十世紀(jì)六十年代美國率先啟動了釩合金的基礎(chǔ)研究工作，主要研究機構(gòu)有阿貢國家實驗室和橡樹嶺國家實驗室；至八十年代后期美國將釩鉻鈦合金體系的三元合金作為重點研究對象；進入九十年代，在國際熱核實驗堆(ITER)國際合作項目的推動下，越來越 多的國家和研究機構(gòu)意識到釩鉻鈦合金體系的重要性，也啟動了釩鉻鈦三元合金的研究。隨著對聚變反應(yīng)堆用材料的深入研究，美國、俄羅斯、歐盟和日本對釩基合金進行了大量系統(tǒng)的研究工作，而我國對釩釩鉻鈦合金的研究只是近十年才開始。作為聚變用結(jié)構(gòu)材料釩鉻鈦合金應(yīng)具有良好的抗輻照膨脹和尺寸穩(wěn)定性能、良好的室溫和高溫力學(xué)性能、安全性和環(huán)境特性，與氚增殖劑、冷卻劑、中子倍增材料和面向等離子材料具有良好的兼容性等。釩鉻鈦合金的熱加工變形抗力大，塑性低，在鍛造和軋制過程中容易產(chǎn)生裂紋和破碎等缺陷。為能夠得到性能優(yōu)異的釩鉻鈦合金材料，必須對其進行熱壓力加工來改善組織細(xì)化晶粒，以提高其加工性能和力學(xué)性能，從而滿足實際應(yīng)用的要求。目前，國內(nèi)外普遍采用真空自耗電弧熔煉的方法制備釩鉻鈦合金，而采用粉末冶金成型的方法鮮有報導(dǎo)。采用粉末冶金成型的方法制備的釩鉻鈦合金經(jīng)冷等靜壓、燒結(jié)和熱等靜壓處理后其綜合力學(xué)性能低，達(dá)不到聚變用結(jié)構(gòu)材料的使用性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有粉末冶金法制備的釩鉻鈦合金力學(xué)性能低的問題，提供一種通過旋鍛形變提高釩鉻鈦合金綜合力學(xué)性能的方法，通過采用不銹鋼包套封裝粉末冶金法制備的釩鉻鈦合金進行熱等靜壓致密化處理，獲得釩鉻鈦合金旋鍛預(yù)制坯，采用旋鍛形變處理釩鉻鈦合金，并進一步采用真空退火提升釩鉻鈦合金的力學(xué)性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是通過旋鍛形變提高釩鉻鈦合金綜合力學(xué)性能的方法，包括下列步驟
a、釩鉻鈦合金旋鍛預(yù)制坯制備將粒度為10μ m-40 μ m釩、鉻、鈦細(xì)粉，按照質(zhì)量比88-92:4-6:4-6在低濕低氧手套箱中配比為混合料，并經(jīng)軟膜工裝裝料、冷除氣，再經(jīng)冷等靜壓處理，然后采用真空燒結(jié)，再采用不銹鋼包套封裝，再進行1200°C /150MPa熱等靜壓處理，傳壓介質(zhì)為氬氣，得到釩鉻鈦合金旋鍛形變處理預(yù)制坯；
b、釩鉻鈦合金旋鍛形變處理將步驟a中熱等靜壓后得到的旋鍛形變處理預(yù)制坯經(jīng)加熱爐加熱后采用旋鍛設(shè)備進行旋鍛形變處理，釩鉻鈦合金旋鍛形變處理的加熱溫度控制在1050°C -1200°C，旋鍛形變變形量控制在30%-45%，釩鉻鈦合金經(jīng)旋鍛形變處理后進行真空退火處理。在上述技術(shù)方案中，所述步驟a中冷等靜壓處理的條件為200MPa/30min，然后采用1500°C /2h真空燒結(jié)，再用不銹鋼包套封裝。在上述技術(shù)方案中，所述步驟a中熱等靜壓處理過程中傳壓介質(zhì)為氬氣。在上述技術(shù)方案中，所述步驟b中退火處理 的溫度為950°C -1100°C。本發(fā)明能提高經(jīng)粉末冶金法制備的釩鉻鈦合金的綜合力學(xué)性能，其抗拉強度σ b達(dá)到444MPa_542MPa，屈服強度σ ^ 2達(dá)到309Mpa_434MPa，伸長率δ和斷面收縮率Ψ約為14%-35%和 24%-61%。從上述本發(fā)明的各項技術(shù)特征可以看出，其優(yōu)點是本發(fā)明將釩、鉻、鈦細(xì)粉采用粉末冶金方法制備釩鉻鈦合金，并經(jīng)包套封裝和熱等靜壓處理之后獲得旋鍛形變處理預(yù)制坯，再進行旋鍛形變處理，旋鍛形變處理過程中合理控制加熱溫度和變形量，獲得力學(xué)性能優(yōu)越的釩鉻鈦合金。在保證了釩鉻鈦合金旋鍛形變過程中不增加氧、氮含量的同時，通過控制旋鍛加熱溫度、變形量及真空退火溫度提升釩鉻鈦合金力學(xué)性能。該技術(shù)方法工藝簡單，操作方便，制造成本低，適合粉末冶金法制備的棒狀形釩鉻鈦合金的旋鍛加工。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明
圖I是本發(fā)明處理工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明做進一步的說明。實施例I
該實施例中，我們采用下列工藝步驟
1)將粒度為10μπι-40μπι釩、鉻、鈦細(xì)粉，按照質(zhì)量比88:6: 6在低濕低氧手套箱中配比為混合料，并經(jīng)軟膜工裝裝料，并經(jīng)200MPa/30min冷等靜壓處理后，采用1500°C /2h真空燒結(jié)和不銹鋼包套封裝，再進行1200°C /150MPa熱等靜壓處理，傳壓介質(zhì)為氬氣，得到釩鉻鈦合金旋鍛形變處理預(yù)制坯；
2)將釩鉻鈦合金旋鍛預(yù)制坯采用旋鍛設(shè)備進行形變處理釩鉻鈦合金旋鍛形變處理的加熱溫度控制在1200°C，旋鍛形變變形量控制在40%，得到旋鍛形變處理的釩鉻鈦合金。3)將旋鍛形變處理后的釩鉻鈦合金進行1050°C真空退火處理，釩鉻鈦合金抗拉強度σ b達(dá)到444MPa，屈服強度σ ^ 2達(dá)到309MPa，伸長率δ和斷面收縮率Ψ約為35%和61%。實施例2
該實施例中，我們采用下列工藝步驟
I)將粒度為10 μ m-40 μ mfu鉻、鈦細(xì)粉，按照質(zhì)量比90:5:5在低濕低氧手套箱中配比為混合料，并經(jīng)軟膜工裝裝料，并經(jīng)200MPa/30min冷等靜壓處理后，采用1500°C /2h真空燒結(jié)和不銹鋼包套封裝，再進行1200°C /150MPa熱等靜壓處理，傳壓介質(zhì)為氬氣，得到釩鉻鈦合金旋鍛形變處理預(yù)制坯；2)將釩鉻鈦合金旋鍛預(yù)制坯采用旋鍛設(shè)備進行形變處理釩鉻鈦合金旋鍛形變處理的加熱溫度控制在1150°C，旋鍛形變變形量控制在45%，得到旋鍛形變處理的釩鉻鈦合金。3)將旋鍛形變處理后的釩鉻鈦合金進行110(TC真空退火處理，釩鉻鈦合金抗拉強度σ b達(dá)到480MPa，屈服強度σ ^ 2達(dá)到368MPa，伸長率δ和斷面收縮率Ψ約為33%和52%。實施例3
該實施例中，我們采用下列工藝步驟
1)將粒度為10μ m-40 μ m銀、鉻、鈦細(xì)粉，按照質(zhì)量比92:4:4在低濕低氧手套箱中配比為混合料，并經(jīng)軟膜工裝裝料，并經(jīng)200MPa/30min冷等靜壓處理后，采用1500°C /2h真空燒 結(jié)和不銹鋼包套封裝，再進行1200°C /150MPa熱等靜壓處理，傳壓介質(zhì)為氬氣，得到釩鉻鈦合金旋鍛形變處理預(yù)制坯；
2)將釩鉻鈦合金旋鍛預(yù)制坯采用旋鍛設(shè)備進行形變處理釩鉻鈦合金旋鍛形變處理的加熱溫度控制在1100°C，旋鍛形變變形量控制在35%，得到旋鍛形變處理的釩鉻鈦合金。3)將旋鍛形變處理后的釩鉻鈦合金進行1050°C真空退火處理，釩鉻鈦合金抗拉強度σ b達(dá)到502MPa，屈服強度σ ^ 2達(dá)到383MPa，伸長率δ和斷面收縮率Ψ約為20%和38%。實施例4
該實施例中，我們采用下列工藝步驟
1)將粒度為10μ m-40 μ m釩、鉻、鈦細(xì)粉，按照質(zhì)量比90:4: 6在低濕低氧手套箱中配比為混合料，并經(jīng)軟膜工裝裝料，并經(jīng)200MPa/30min冷等靜壓處理后，采用1500°C /2h真空燒結(jié)和不銹鋼包套封裝，再進行1200°C /150MPa熱等靜壓處理，傳壓介質(zhì)為氬氣，得到釩鉻鈦合金旋鍛形變處理預(yù)制坯；
2)將釩鉻鈦合金旋鍛預(yù)制坯采用旋鍛設(shè)備進行形變處理釩鉻鈦合金旋鍛形變處理的加熱溫度控制在1050°C，旋鍛形變變形量控制在30%，得到旋鍛形變處理的釩鉻鈦合金。3)將旋鍛形變處理后的釩鉻鈦合金進行950°C真空退火處理，釩鉻鈦合金抗拉強度Ob達(dá)到542MPa，屈服強度σ。2達(dá)到434MPa，伸長率δ和斷面收縮率Ψ約為14%和24%。本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
權(quán)利要求
1.通過旋鍛形變提高釩鉻鈦合金綜合力學(xué)性能的方法，其特征在于包括下列步驟 a、釩鉻鈦合金旋鍛預(yù)制坯制備將粒度為10μ m-40 μ m釩、鉻、鈦細(xì)粉，按照質(zhì)量比88-92:4-6:4-6在低濕低氧手套箱中配比為混合料，并經(jīng)軟膜工裝裝料、冷除氣，再經(jīng)冷等靜壓處理，然后采用真空燒結(jié)，再采用不銹鋼包套封裝，再進行1200°C /150MPa熱等靜壓處理，傳壓介質(zhì)為氬氣，得到釩鉻鈦合金旋鍛形變處理預(yù)制坯； b、釩鉻鈦合金旋鍛形變處理將步驟a中熱等靜壓后得到的旋鍛形變處理預(yù)制坯經(jīng)加熱爐加熱后采用旋鍛設(shè)備進行旋鍛形變處理，釩鉻鈦合金旋鍛形變處理的加熱溫度控制在10500C -1200°C，旋鍛形變變形量控制在30%-45%，釩鉻鈦合金經(jīng)旋鍛形變處理后進行真空退火處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通過旋鍛形變提高釩鉻鈦合金綜合力學(xué)性能的方法，其特征在于所述步驟a中冷等靜壓處理的條件為200MPa/30min，然后采用1500°C /2h真空燒結(jié)，再用不銹鋼包套封裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的通過旋鍛形變提高釩鉻鈦合金綜合力學(xué)性能的方法，其特征在于所述步驟a中熱等靜壓處理過程中傳壓介質(zhì)為氬氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過旋鍛形變提高釩鉻鈦合金綜合力學(xué)性能的方法，其特征在于所述步驟b中退火處理的溫度為950°C -1100°C。
全文摘要
本發(fā)明是通過旋鍛形變提高釩鉻鈦合金綜合力學(xué)性能的方法。目的是解決現(xiàn)有粉末冶金法制備的釩鉻鈦合金力學(xué)性能低的問題。包括將釩、鉻、鈦細(xì)粉配比為混合料，并經(jīng)軟膜工裝裝料、冷除氣，再經(jīng)冷等靜壓處理、真空燒結(jié)、不銹鋼包套封裝，再進行熱等靜壓處理，得到釩鉻鈦合金旋鍛形變處理預(yù)制坯；將預(yù)制坯經(jīng)加熱爐加熱后進行旋鍛形變處理，釩鉻鈦合金經(jīng)旋鍛形變處理后進行真空退火處理。本發(fā)明通過采用不銹鋼包套封裝粉末冶金法制備的釩鉻鈦合金進行熱等靜壓致密化處理，獲得釩鉻鈦合金旋鍛預(yù)制坯，采用旋鍛形變處理釩鉻鈦合金，并進一步采用真空退火提升釩鉻鈦合金的力學(xué)性能。
文檔編號C22C1/04GK102776428SQ201210265809
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者劉佳普, 劉梅, 周寶康, 張博, 曾大鵬, 李啟壽, 楊維才, 林波, 王智源, 董鮮峰, 遲永剛 申請人:四川材料與工藝研究所