一種MoHfTiBC系鉬合金的制作方法

本發明屬于材料領域，具體涉及一種高橫向塑性、高強耐熱的mohftibc系鉬合金。

背景技術：

隨著電子電氣、兵器和核能源等工業的發展，對鉬合金的橫向塑性和高溫強度提出了越來越高的要求。高的橫向塑性和高的高溫強度已經成為高溫反應器大功率渦輪機葉片在電子電氣工業上用做電子管陰極、柵極、高壓整流元件，火箭噴管喉襯、配氣閥體、噴嘴、燃氣導管，核能源設備上的輻射罩、支撐架、熱交換器、軌條等的必要的性能。

高橫向塑性mo及mo合金棒中重要用途之一是制做高性能大功率高效微波管上的陰極套筒和陰極托架，它們的性能直接影響著陰極的發射效率、微波管輸出功率和工作穩定性。制作陰極套筒和托架的過程如下：用鉬合金棒車削出所需套筒的形狀，填充w粉后，用一直徑略大于套筒直徑的球將鉬合金套筒或托架與填充鎢粉壓制成一體，然后對其進行燒結。但是目前不論國產還是進口的鉬合金棒，橫向伸長率幾乎為零，在壓制過程中，甚至是車削過程中就產生了開裂，成材率幾乎為零，已嚴重影響了大功率高效微波管的研制和生產。再如，核能源設備上用做輻射罩、支撐架、熱交換器、軌條等鉬合金要求其具備非常高的高溫強度才能滿足要求。

因此，提高鉬合金的高溫性能和橫向塑性已經成為當下研究者和生產者的主要任務。針對這一任務，先后發展出了很多鉬合金：①鉬錸合金。由于錸元素的添加，使鉬錸合金的性質得以顯著改善，合金的強度、塑性均得到提高，并降低了合金的塑-脆轉變溫度。錸含量為40％～50％時性能最好。由于錸的價格高，含量如此高的情況下，合金的成本大幅提高。②mo-si系合金。采用電弧熔煉法和粉末冶金法制備的mo-si-b合金。具有非常好的抗氧化性能而且具有良好的高溫力學性能，合金母相為mo5sib2，第二相為鉬金屬相(α-mo)，鉬金屬相提高了韌性，但合金棒材橫向塑性需要進一步提高。③稀土氧化物摻雜鉬合金。主要稀土氧化物為氧化鑭。稀土氧化物粒子周圍形成強應力場，阻礙晶界遷移，細化晶粒，并且阻礙了再結晶晶粒向等軸晶的轉變，提高再結晶溫度。合金輕度也得到提高，當合金棒材橫向塑性較之純鉬棒沒有得到顯著提高。④tzm合金。在鉬中添加合金元素ti、zr等制備的鉬合金。tzm合金中，合金元素總量不超過1％，具熔點高，強度大，彈性模量高，膨脹系數小，導電導熱性好，抗蝕性強以及高溫力學性能和抗蠕變性能良好。同樣存在較之純鉬棒，合金橫向塑性沒有得到顯著提高的問題。

技術實現要素：

本發明旨在克服現有技術不足，提供一種高橫向塑性、高強耐熱的mohftibc系鉬合金。

為了達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

所述mohftibc系鉬合金由如下質量百分比的組分組成：ti0.3％-0.8％，hf0.05％-0.25％，b0.01％-0.10％，c0.01％-0.09％，余量為mo。

優選地，所述mohftibc系鉬合金由如下質量百分比的組分組成：ti0.4％-0.6％，hf0.05％-0.20％，b0.01％-0.06％，c0.01％-0.09％，余量為mo。

優選地，所述mohftibc系鉬合金由如下質量百分比的組分組成：ti0.5％，hf0.18％，b0.04％，c0.018％，余量為mo。

下面對本發明做進一步說明：

本發明采用粉末冶金的方法制備。按上述比例配料后，經球磨混料、還原、壓制、燒結等工序制成坯；然后將坯錠包套經拔長鍛造、鐓粗鍛造、拔長鍛造、旋鍛等工序，制得高橫向塑性、高強耐熱mohftibc系鉬合金。這樣獲得的合金材料，首先可以使合金棒材加工纖維組織紊亂，各向異性減弱，有利于橫向塑性的提高；其次，晶粒間殘余的o、n含量極低，ti、zr元素與c形成納米難熔的碳化物顆粒，b與c、o分別形成高熔點的納米彌散分布的bc,b2o3與bn，以方便高耐熱彌散分布的氧化物和碳化物應夠有效釘扎晶界運動，顯著提高合金的高溫強度，同時也使晶界處的n、o含量顯著降低，減小合金脆性，提高橫向塑性；再者，c和o形成co2進一步降低晶界處的氧含量，進一步提高合金橫向塑性，且分別形成熔點高的bc,b2o3與bn耐熱納米彌散分布顆粒，除能夠顯著提高合金高溫強度，還能夠阻礙裂紋的擴展，再一次高mohftibc系鉬合金的橫向塑性。此外，一部分的hf和ti固溶在鉬基體中，起到固溶強化效果。

綜上所述，本發明合金組分合理，合金化程度高、生產成本低廉，適于工業化生產，可以替代現有電子電氣工業上用做電子管陰極、高壓整流元件、火箭噴管喉襯、核能源設備上的輻射罩、支撐架等所需的鉬合金材料。

附圖說明

圖1：mohftibc合金棒材彎曲性能測試示意圖；

圖2：mohftibc合金棒材截取方位示意圖。

具體實施方式

實施例1

本發明公開的高橫向塑性、高強耐熱的mohftibc系鉬合金由如下質量百分比的組分組成：ti0.4％，hf0.1％，b0.02％，c0.012％，余量為mo。

按照上述比例進行配料后，經球磨混料、還原、壓制、燒結等工序制坯；坯錠包套拔長鍛造、鐓粗鍛造、拔長鍛造、旋鍛，獲得的棒材性能如表1所示：

表1

實施例2

本發明公開的高橫向塑性、高強耐熱的mohftibc系鉬合金由如下質量百分比的組分組成：ti0.4％，hf0.13％，b0.02％，c0.05％，余量為mo。

按照上述比例進行配料后，經球磨混料、還原、壓制、燒結等工序制坯；坯錠包套拔長鍛造、鐓粗鍛造、拔長鍛造、旋鍛，獲得的棒材性能如表2所示：

表2

實施例3

本發明公開的高橫向塑性、高強耐熱的mohftibc系鉬合金由如下質量百分比的組分組成：ti0.5％，hf0.14％，b0.03％，c0.015％，余量為mo。

按照上述比例進行配料后，經球磨混料、還原、壓制、燒結等工序制坯；坯錠包套拔長鍛造、鐓粗鍛造、拔長鍛造、旋鍛，獲得的棒材性能如表3所示：

表3

實施例4

本發明公開的高橫向塑性、高強耐熱的mohftibc系鉬合金由如下質量百分比的組分組成：ti0.5％，hf0.18％，b0.04％，c0.018％，余量為mo。

按照上述比例進行配料后，經球磨混料、還原、壓制、燒結等工序制坯；坯錠包套拔長鍛造、鐓粗鍛造、拔長鍛造、旋鍛，獲得的棒材性能如表4所示：

表4

*橫向塑性的測試方法：

不同規格的mohftibc系鉬合金棒材的室溫橫向塑性的測量是在自制的一套彎曲模具中進行的。圖1示出了mo合金棒材彎曲性能測試示意圖。圖2示出了mo合金棒材取樣方式的示意圖。待測的試樣為沿著棒材橫向切割的板條(lmm×4mm×2mm，其中l為彎曲樣品的長度，l≤30mm，與mo棒樣品的直徑有關)。彎曲模具的凹圓弧形模塊(下模沖)和凸圓弧形模塊(上模沖)的直徑的直徑分別為：1000mm、400mm、200mm、133.33mm、100mm、66.67mm、50mm、33.33mm、25mm、20mm、12.5mm、10mm和8mm。將待測試樣放入下模沖中，壓上上模沖，加壓使mo合金條彎曲，并與下模沖內表面完全吻合，將在上述過程中沒有出現裂紋的mo合金條再依次放入r(上、下模沖的曲率半徑)較小的下模沖模中，重復上述過程，直到某一個r值下mo條斷裂為止，記下斷裂時的r。此時變形量可由下式計算得出：

δ＝{[2π(r+a/2)-2πr]/2πr}×100％＝(d/2r)×100％

上式中：δ為伸長率，d為試樣的厚度，r為上、下模沖的曲率半徑。