本發(fā)明屬于難熔金屬材料加工，具體涉及一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法。

背景技術(shù)：

1、鉬單晶目前作為先進(jìn)核反應(yīng)堆核用關(guān)鍵高溫結(jié)構(gòu)材料，力學(xué)性能與單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是保障構(gòu)件安全運行的關(guān)鍵性能指標(biāo)。通常情況下，單晶在塑性變形過程中出現(xiàn)的再結(jié)晶行為是制約單晶加工的關(guān)鍵障礙。如何在保證單晶結(jié)構(gòu)的前提下，對材料進(jìn)行變形加工從而獲得良好的強-塑性匹配，是目前改善鉬合金單晶加工性能所面臨的關(guān)鍵難題。傳統(tǒng)上所采用的熱加工方法會使鉬單晶發(fā)生再結(jié)晶，難以在熱變形后保持單晶結(jié)構(gòu)。

2、因此迫切需要一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法。該方法采用粉末冶金法初步制備鉬鈮合金燒結(jié)條，然后通過熔煉、擠壓、鍛造及機加工，進(jìn)一步得到鉬鈮合金原料棒，之后再進(jìn)行電子束區(qū)域熔煉，得到鉬鈮合金單晶棒材，通過控制成分保證了合金化后的鉬鈮合金單晶既能提升鉬單晶力學(xué)性能又能保持單晶結(jié)構(gòu)，最后對鉬鈮合金單晶棒材進(jìn)行分析，并且是先進(jìn)行高溫力學(xué)性能測試，再將高溫力學(xué)性能測試后的試樣進(jìn)行分析，證明提升了鉬單晶的力學(xué)性能，又避免了熱變形中由于發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶造成的單晶結(jié)構(gòu)破壞。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

3、步驟一、采用粉末冶金法制備鉬鈮合金燒結(jié)條；

4、步驟二、將步驟一中制備的鉬鈮合金燒結(jié)條依次進(jìn)行熔煉、擠壓、鍛造及機加工，得到鉬鈮合金原料棒；

5、步驟三、將步驟二中得到的鉬鈮合金原料棒進(jìn)行電子束區(qū)域熔煉，得到鉬鈮合金單晶棒材；

6、步驟四、將步驟三中得到的鉬鈮合金單晶棒材制備為試樣，然后依次進(jìn)行高溫力學(xué)性能測試和結(jié)構(gòu)分析，判斷其高溫力學(xué)性能及單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

7、本發(fā)明采用粉末冶金法初步制備鉬鈮合金燒結(jié)條，然后通過熔煉、擠壓、鍛造及機加工，進(jìn)一步得到鉬鈮合金原料棒，之后再進(jìn)行電子束區(qū)域熔煉，得到鉬鈮合金單晶棒材，通過控制成分保證了合金化后的鉬鈮合金單晶既能提升鉬單晶力學(xué)性能又能保持單晶結(jié)構(gòu)，最后對鉬鈮合金單晶棒材進(jìn)行分析，并且是先進(jìn)行高溫力學(xué)性能測試，再將高溫力學(xué)性能測試后的試樣進(jìn)行分析，證明提升了鉬單晶的力學(xué)性能，又避免了熱變形中由于發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶造成的單晶結(jié)構(gòu)破壞。

8、上述的一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟二中所述熔煉為電子束懸浮區(qū)域熔煉。本發(fā)明通過采用電子束懸浮區(qū)域熔煉提高了鉬單晶的高溫力學(xué)性能。

9、上述的一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟四中所述鉬鈮合金單晶棒材中鈮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3％～6％，余量為鉬。本發(fā)明通過控制加入的鈮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，在較大程度上提升了鉬單晶的力學(xué)性能，又避免了熱變形中由于發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶造成的單晶結(jié)構(gòu)破壞。

10、上述的一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟四中所述制備為試樣具體為：采用線切割在鉬鈮合金單晶棒材上切出直徑為6mm，長度為9mm的圓柱形壓縮試樣。本發(fā)明通過控制制備試樣的過程便于后續(xù)進(jìn)行測試。

11、上述的一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟四中所述高溫力學(xué)性能測試采用的設(shè)備為gleeble-1500d熱模擬試驗機，所述高溫力學(xué)性能測試采用的溫度為1100℃～1400℃，應(yīng)變速率為10-2s-1，變形量為50％。本發(fā)明通過控制高溫力學(xué)性能測試的參數(shù)，準(zhǔn)確得到鉬鈮合金單晶棒材的高溫力學(xué)性能。

12、上述的一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟四中所述結(jié)構(gòu)分析為單晶結(jié)構(gòu)分析，具體為采用電子背散射衍射法判定單晶樣品的晶體取向。本發(fā)明通過采用電子背散射衍射法判定單晶樣品的晶體取向，簡單方便，縮短單晶判定的操作用時，并且快速直觀，提高了判定效率。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

14、1、本發(fā)明采用粉末冶金法初步制備鉬鈮合金燒結(jié)條，然后通過熔煉、擠壓、鍛造及機加工，進(jìn)一步得到鉬鈮合金原料棒，之后再進(jìn)行電子束區(qū)域熔煉，得到鉬鈮合金單晶棒材，通過控制成分保證了合金化后的鉬鈮合金單晶既能提升鉬單晶力學(xué)性能又能保持單晶結(jié)構(gòu)，最后對鉬鈮合金單晶棒材進(jìn)行分析，并且是先進(jìn)行高溫力學(xué)性能測試，再將高溫力學(xué)性能測試后的試樣進(jìn)行分析，證明提升了鉬單晶的力學(xué)性能，又避免了熱變形中由于發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶造成的單晶結(jié)構(gòu)破壞。

15、2、本發(fā)明采用合金化的方式，加入適量的nb，在較大程度上提升了鉬單晶的力學(xué)性能，又避免了熱變形中由于發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶造成的單晶結(jié)構(gòu)破壞。

16、3、本發(fā)明通過電子束懸浮區(qū)域熔煉制備得到的鉬鈮單晶，加入nb元素后不僅提高了鉬單晶的高溫力學(xué)性能，nb元素的加入有效抑制了位錯及亞晶界遷移過程，從而使鉬單晶在熱變形過程中保持單晶結(jié)構(gòu)。

17、4、本發(fā)明采用ebsd判定熱變形后單晶樣品的晶體取向，簡單方便，縮短單晶判定的操作用時，并且快速直觀，提高了判定效率。

18、5、本發(fā)明的制備方法操作簡便，具有通用性，為其他體系鉬合金單晶的成分設(shè)計提供了參考依據(jù)。

19、下面通過附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟二中所述熔煉為電子束懸浮區(qū)域熔煉。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟四中所述鉬鈮合金單晶棒材中鈮的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3％～6％，余量為鉬。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟四中所述制備為試樣具體為：采用線切割在鉬鈮合金單晶棒材上切出直徑為6mm，長度為9mm的圓柱形壓縮試樣。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟四中所述高溫力學(xué)性能測試采用的設(shè)備為gleeble-1500d熱模擬試驗機，所述高溫力學(xué)性能測試采用的溫度為1100℃～1400℃，應(yīng)變速率為10-2s-1，變形量為50％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟四中所述結(jié)構(gòu)分析為單晶結(jié)構(gòu)分析，具體為采用電子背散射衍射法判定單晶樣品的晶體取向。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種提升鉬單晶高溫力學(xué)性能及保持單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，包括以下步驟：一、采用粉末冶金法制備鉬鈮合金燒結(jié)條；二、將鉬鈮合金燒結(jié)條依次進(jìn)行熔煉、擠壓、鍛造及機加工，得到鉬鈮合金原料棒；三、將鉬鈮合金原料棒進(jìn)行電子束區(qū)域熔煉，得到鉬鈮合金單晶棒材；四、將鉬鈮合金單晶棒材制備為試樣，然后依次進(jìn)行高溫力學(xué)性能測試和結(jié)構(gòu)分析，判斷其高溫力學(xué)性能及單晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本發(fā)明通過控制成分保證了合金化后的鉬鈮合金單晶棒材既能提升鉬單晶力學(xué)性能又能保持單晶結(jié)構(gòu)避免了熱變形中由于發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶造成的單晶結(jié)構(gòu)破壞，滿足了鉬鈮合金單晶棒材進(jìn)行熱加工的要求。

技術(shù)研發(fā)人員：焦奔奇,張文,胡忠武,殷濤,李延超,鄭晗煜,李建峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北有色金屬研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30