一种高强度高塑性ZrTiAlNb锆基合金及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111809081A(43)申请公布日2020.10.23(21)申请号202010714104.4C22F1/18(2006.01)(22)申请日2020.07.23(71)申请人河北科技师范学院地址066004河北省秦皇岛市海港区河北大街西段360号申请人燕山大学(72)发明人周云凯张宴会(74)专利代理机构秦皇岛市维信专利事务所(普通合伙)13102代理人鄂长林(51)Int.Cl.C22C16/00(2006.01)C22C14/00(2006.01)C22C30/00(2006.01)C22C1/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称一种高强度高塑性ZrTiAlNb锆基合金及其制备方法(57)摘要本发明公开一种高强度高塑性ZrTiAlNb锆基合金及其制备方法。所述锆基合金由质量百分比：锆35％‑45％、钛58％‑40％、铝4％‑‑3％、铌3‑2％的元素组成。其制备方法是：将原料表面清除干净后，混合均匀制成电极，放入自耗型熔炼炉中，在惰性气体保护下反复熔炼成合金铸锭，高温退火后，在轧机上进行多道次热轧变形，单道次变形量不低于10％，最终变形量不低于70％，每道次间需将合金上下翻转，并回炉保温。之后，将合金板材进行淬火处理，在合金微观组织结构中得到大量纳米孪晶。本发明的抗拉强度可达到1135MPa，延伸率可达到7.2％，并具有较小的热膨胀系数和良好的耐辐照和原子氧腐蚀性能等优点，符合空间活动构件用结构材料的基本要求。CN111809081ACN111809081A权利要求书1/1页1.一种高强度高塑性ZrTiAlNb锆基合金及其制备方法，其特征在于：所述锆基合金由以下成分组成及质量百分比为：锆35-45％、钛58-40％、铝4％-3％、铌3-2％，所述锆基合金抗拉强度为1063～1135MPa，延伸率可达到7％以上，相比于9Cr18钢和TC4钛合金具有较好的综合力学性能，同时具有低密度和良好的耐腐蚀性能。2.一种根据权利要求1所述的高强度高塑性ZrTiAlNb合金的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：步骤(1)原材料的准备：将质量百分比为：锆35％-45％、钛58％-50％、铝4％-3％、铌3-2％的原材料进行表面酸洗去氧化处理，随后先后用弱碱性溶液、无水乙醇清洗，最后采用超声波仪器去除表面残留物，最后用烘干箱快速烘干，保持干燥；步骤(2)电极制作：将金属原料混合均匀之后，利用专用设备压制成熔炼用电极棒；步骤(3)合金铸锭：将制好的电极棒放入自耗型熔炼炉中熔炼，炉腔内采用分级抽真空的方式达到10-5级真空度，充入惰性气体形成保护气氛，合金铸锭需经多次熔炼过程，以保证熔炼均匀；步骤(4)均匀化退火：合金铸锭在进一步加工前，需在保护气氛下，经高温长时间均匀化退火，使合金铸锭成分进一步均匀，均匀化退火温度控制在950-1000℃，退火时间根据30min/kg的标准确定；步骤(5)热加工变形：①塑性变形加工工艺是制备高强度高塑性锆基合金的关键环节，合金铸锭加热方式采用箱式电阻炉加热，加热温度范围为600-750℃；②首次轧制变形前，保温时间根据合金铸锭大小决定，对于重量小于5kg的合金锭控制在30-50分钟，超过5kg的铸锭，保温时间按照10min/kg增加；③轧制变形需采用多道次轧制变形工艺，单道次压下变形量不低于10％，每经过一道次轧制，应将合金铸锭上下翻转回炉保温后进行下一道次轧制，最终压下变形量需达到70％以上；④每道次回炉保温时间，根据合金铸锭大小决定，重量小于5kg的合金铸锭控制在3-7分钟内，超过5kg保温时间按5min/kg增加；需严格控制每道次塑性变形之间保温时间，回炉保温时间过长将可能导致合金组织发生回复，从而影响合金板材最终性能；步骤(6)水淬、快速冷却、清洗：轧制塑性变形工艺后，将合金板材立刻浸入水中，采用水淬方式迅速降温，利用塑性变形和快速冷却的相互作用，在合金微结构中制备出大量纳米孪晶，最终得到高强度高塑性锆基合金板材，将锆基合金板材表面去除氧化皮，清洗干净后得到本系列ZrTiAlNb锆基合金。2CN111809081A说明书1/3页一种高强度高塑性ZrTiAlNb锆基合金及其制备方法技术领域[0001]本发明公开一种高强度高塑性ZrTiAlNb锆基合金及其制备方法，属于一种新材料的制备技术领域。背景技术[0002]合金钢(不锈钢、GCr15、20CrMnTi)和TC4钛合金是目前被广泛应用在航空航天领域中的两种合金材料体系，有很长的实际应用历史。但随着技术的发展，对空间探索的要求提升，两种材料体系在性能方面都存在不尽如人意的方面。合金钢材料体系普遍存在密度大、受交变温度影响大、尺寸精度易