專利名稱：熱模鍛技術提高粉末冶金釩鉻鈦合金綜合力學性能的方法
技術領域：
本發明涉及一種粉末冶金法制備的合金采用熱模鍛形變處理提升力學性能的方法，更確切的說是涉及熱模鍛技術提高粉末冶金釩鉻鈦合金綜合力學性能的方法。
背景技術：
釩合金具有低的輻照活化性、優良的機械性能、高的熱傳導率、優良的抗輻照腫脹性、低熱膨脹性、高蠕變強度，可以承受比不銹鋼高4 7倍的熱負荷等優點，越來越多的應用于航空、國防、核聚變和高溫環境等領域。二十世紀六十年代美國率先啟動了釩合金的基礎研究工作，主要研究機構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。作為聚變用結構材料釩鉻鈦合金應具有良好的抗輻照膨脹和尺寸穩定性能、良好的室溫和高溫力學性能、安全性和環境特性，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生裂紋和破碎等缺陷。為能夠得到性能優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化晶粒，以提高其加工性能和力學性能，從而滿足實際應用的要求。目前，國內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相對較少。采用粉末冶金成型的方法制備的釩鉻鈦合金經冷等靜壓、燒結和熱等靜壓處理后其綜合力學性能低，達不到聚變用結構材料的使用性能要求。
發明內容
本發明的目的是解決現有粉末冶金法制備的釩鉻鈦合金力學性能低的問題，提供一種熱模鍛技術提高粉末冶金釩鉻鈦合金綜合力學性能的方法，該技術方法工藝簡單，操作方便，制造成本低，適合批量提升粉末冶金法制備的復雜形狀釩鉻鈦合金毛坯綜合力學性能。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是熱模鍛技術提高粉末冶金釩鉻鈦合金綜合力學性能的方法，包括下列步驟
a、復雜形狀釩鉻鈦合金毛坯制備將粒度為15iim 60iim釩、鉻、鈦細粉，按照質量比88-92:4-6:4-6配成混合料，采用復雜形狀的軟膜工裝裝料和室溫抽真空除氣，冷等靜壓處理后真空燒結，得到復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯；此處所說復雜形狀主要是區別于單一的柱狀結構，圓形結構或是方形結構，特別是指錐形體的小端與柱狀體端部連接后形成的整體結構。b、釩鉻鈦合金熱模鍛預制坯制備將上述真空燒結后得到的復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯進行機械加工整形，并采用第一層不銹鋼包套封裝及熱除氣處理，再進行900 1200°C /150MPa熱等靜壓處理，將熱等靜壓后得到的制品再采用第二層不銹鋼包套封裝及熱除氣處理，得到雙層不銹鋼包套包覆的釩鉻鈦合金熱模鍛預制坯；
C、釩鉻鈦合金熱模鍛形變處理將上述熱模鍛預制坯經加熱爐加熱后采用模鍛設備進行熱模鍛形變處理，釩鉻鈦合金熱模鍛形變處理的加熱溫度控制在1000°C 1200°C，熱模鍛形變變形量控制在40% 80%，釩鉻鈦合金經熱模鍛形變處理后進行真空退火處理。在上述技術方案中，所述步驟a中復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯，所述復雜形狀是指形狀為錐形體小端與柱狀體端部連接后形成的整體結構。在上述技術方案中，所述步驟a中的冷等靜壓處理條件為150 250MPa/30min，所述真空燒結的條件為1400 1500°C /2h。在上述技術方案中，所述步驟C中的真空退火處理是在1000°C 1100°C進行。 本發明發明采用雙層不銹鋼包套對粉末冶金法制備的復雜形狀釩鉻鈦合金毛坯進行包覆，再通過熱模鍛形變處理和真空退火處理，解決了復雜形狀的釩鉻鈦合金綜合力學性能低的問題。本發明采用熱模鍛的方法能提高經粉末冶金法制備的釩鉻鈦合金的綜合力學性能，其抗拉強度O b達到465MPa 490MPa，屈服強度o a2達到340Mpa 380MPa，伸長率S和斷面收縮率W約為25% 35%和60. 0% 65. 0%。從上述本發明的各項技術特征可以看出，其優點是本發明將釩、鉻、鈦細粉采用粉末冶金方法制備復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯，經不銹鋼包套封裝、熱除氣和熱等靜壓處理之后，再進行第二層不銹鋼包套封裝，獲得熱模鍛形變處理預制坯，再進行熱模鍛形變處理，熱模鍛形變處理過程中合理控制加熱溫度和變形量，獲得力學性能優越的復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯。在保證了釩鉻鈦合金熱模鍛形變過程中不增加氧、氮含量的同時，通過控制熱模鍛加熱溫度、變形量及真空退火溫度提升釩鉻鈦合金力學性能。該技術方法工藝簡單，操作方便，制造成本低，適合批量提升粉末冶金法制備的復雜形狀釩鉻鈦合金毛坯綜合力學性能。
下面結合附圖對本發明做進一步的說明
圖I是本發明處理工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖通過實施例對本發明做進一步的說明。實施例I
該實施例中，我們采用下列工藝步驟
I)將粒度為15um 60iim釩、鉻、鈦細粉，按照質量比88: 6: 6配成混合料，采用復雜形狀的軟膜工裝裝料和除氣，并經150MPa/30min冷等靜壓處理后，再采用1400°C /2h真空燒結，得到復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯。2)將真空燒結后得到的復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯采用干式車削法對釩鉻鈦合金毛坯進行機械加工整形，并采用第一層不銹鋼包套封裝及熱除氣處理，再進行1200°C /150MPa熱等靜壓處理。將熱等靜壓后得到的制品再采用第二層不銹鋼包套封裝及熱除氣處理，得到雙層不銹鋼包套包覆的釩鉻鈦合金熱模鍛預制坯。3)將熱模鍛預制坯經加熱爐加熱后采用模鍛設備進行熱模鍛形變處理。釩鉻鈦合金熱模鍛形變處理的加熱溫度控制在1000°c，熱模鍛形變變形量控制在40%，釩鉻鈦合金經熱模鍛形變處理后進行1000°C真空退火處理。熱模鍛形變處理后的釩鉻鈦合金毛坯進行1000°C真空退火處理后，釩鉻鈦合金綜合力學性能抗拉強度ob達到465MPa，屈服強度Ga2達到340MPa，伸長率5和斷面收縮率^約為25%和60%o實施例2
該實施例中，我們采用下列工藝步驟 I)將粒度為15 ii m 60 ii m釩、鉻、鈦細粉，按照質量比90:5:5配成混合料，采用復雜形狀的軟膜工裝裝料和除氣，并經200MPa/30min冷等靜壓處理后，再采用1450°C /2h真空燒結，得到復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯。2)將真空燒結后得到的復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯采用干式車削法對釩鉻鈦合金毛坯進行機械加工整形，并采用第一層不銹鋼包套封裝及熱除氣處理，再進行Iioo0C /150MPa熱等靜壓處理。將熱等靜壓后得到的制品再采用第二層不銹鋼包套封裝及熱除氣處理，得到雙層不銹鋼包套包覆的釩鉻鈦合金熱模鍛預制坯。3)將熱模鍛預制坯經加熱爐加熱后采用模鍛設備進行熱模鍛形變處理。釩鉻鈦合金熱模鍛形變處理的加熱溫度控制在1100°C，熱模鍛形變變形量控制在60%，釩鉻鈦合金經熱模鍛形變處理后進行1050°C真空退火處理。熱模鍛形變處理后的釩鉻鈦合金毛坯進行1050°C真空退火處理后，釩鉻鈦合金綜合力學性能抗拉強度ob達到480MPa，屈服強度Ga2達到360MPa，伸長率5和斷面收縮率^約為30%和63%。實施例3
該實施例中，我們采用下列工藝步驟
I)將粒度為15 ii m 60 ii m釩、鉻、鈦細粉，按照質量比92:4:4配成混合料，采用復雜形狀的軟膜工裝裝料和除氣，并經250MPa/30min冷等靜壓處理后，再采用1500°C /2h真空燒結，得到復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯。2)將真空燒結后得到的復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯采用干式車削法對釩鉻鈦合金毛坯進行機械加工整形，并采用第一層不銹鋼包套封裝及熱除氣處理，再進行9000C /150MPa熱等靜壓處理。將熱等靜壓后得到的制品再采用第二層不銹鋼包套封裝及熱除氣處理，得到雙層不銹鋼包套包覆的釩鉻鈦合金熱模鍛預制坯。3)將熱模鍛預制坯經加熱爐加熱后采用模鍛設備進行熱模鍛形變處理。釩鉻鈦合金熱模鍛形變處理的加熱溫度控制在1200°C，熱模鍛形變變形量控制在80%，釩鉻鈦合金經熱模鍛形變處理后進行1100°C真空退火處理。熱模鍛形變處理后的釩鉻鈦合金毛坯進行1100°C真空退火處理后，釩鉻鈦合金綜合力學性能抗拉強度ob達到490MPa，屈服強度Ga2達到380MPa，伸長率5和斷面收縮率^約為35%和65%。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。
權利要求
1.熱模鍛技術提高粉末冶金釩鉻鈦合金綜合力學性能的方法，其特征在于包括下列步驟 a、復雜形狀釩鉻鈦合金毛坯制備將粒度為15ii m 60 ii m釩、鉻、鈦細粉，按照質量比88-92:4-6:4-6配成混合料，采用復雜形狀的軟膜工裝裝料和室溫抽真空除氣，冷等靜壓處理后真空燒結，得到復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯； b、釩鉻鈦合金熱模鍛預制坯制備將上述真空燒結后得到的復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯進行機械加工整形，并采用第一層不銹鋼包套封裝及熱除氣處理，再進行900 1200°C /150MPa熱等靜壓處理，將熱等靜壓后得到的制品再采用第二層不銹鋼包套封裝及熱除氣處理，得到雙層不銹鋼包套包覆的釩鉻鈦合金熱模鍛預制坯； C、釩鉻鈦合金熱模鍛形變處理將上述熱模鍛預制坯經加熱爐加熱后采用模鍛設備進行熱模鍛形變處理，釩鉻鈦合金熱模鍛形變處理的加熱溫度控制在1000°C 1200°C，熱模鍛形變變形量控制在40% 80%，釩鉻鈦合金經熱模鍛形變處理后進行真空退火處理。
2.根據權利要求I所述的熱模鍛技術提高粉末冶金釩鉻鈦合金綜合力學性能的方法，其特征在于所述步驟a中復雜形狀的釩鉻鈦合金毛坯，所述復雜形狀是指形狀為錐形體小端與柱狀體端部連接后形成的整體結構。
3.根據權利要求I所述的熱模鍛技術提高粉末冶金釩鉻鈦合金綜合力學性能的方法，其特征在于所述步驟a中的冷等靜壓處理條件為150 250MPa/30min,所述真空燒結的條件為 1400 1500 0C /2h。
4.根據權利要求I或2或3所述的熱模鍛技術提高粉末冶金釩鉻鈦合金綜合力學性能的方法，其特征在于所述步驟c中的真空退火處理是在1000°C 1100°C進行。
全文摘要
本發明是熱模鍛技術提高粉末冶金釩鉻鈦合金綜合力學性能的方法，涉及一種粉末冶金法制備的合金采用熱模鍛形變處理提升力學性能的方法。本發明的目的是解決現有粉末冶金法制備的釩鉻鈦合金力學性能低的問題。采用的技術方案是通過采用不銹鋼包套封裝粉末冶金法制備的復雜形狀的釩鉻鈦合金進行熱等靜壓致密化處理，并再次進行第二層包套的封裝，獲得釩鉻鈦合金熱模鍛預制坯，采用熱模鍛形變處理釩鉻鈦合金，并進一步采用真空退火，獲得綜合力學性能優越的釩鉻鈦合金毛坯。該技術方法工藝簡單，操作方便，制造成本低，適合批量提升粉末冶金法制備的復雜形狀釩鉻鈦合金毛坯綜合力學性能。
文檔編號C22F1/02GK102776457SQ20121026579
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者劉梅, 單東偉, 曾大鵬, 李繼軍, 楊勇, 楊維才, 林波, 柳悅林, 涂昌銀, 董鮮峰, 邊崇穎, 遲永剛, 鄧廣平 申請人:四川材料與工藝研究所