一种铸态细晶高强度钛锆铝铌合金及其制备方法.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CN106676325A(43)申请公布日2017.05.17(21)申请号201710036688.2B22D27/04(2006.01)(22)申请日2017.01.18(71)申请人燕山大学地址066004河北省秦皇岛市海港区河北大街西段438号(72)发明人马明臻钟华张世良张新宇刘日平(74)专利代理机构秦皇岛一诚知识产权事务所(普通合伙)13116代理人续京沙(51)Int.Cl.C22C14/00(2006.01)C22C30/00(2006.01)C22C1/03(2006.01)C22B9/20(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种铸态细晶高强度钛锆铝铌合金及其制备方法(57)摘要一种铸态细晶高强度钛锆铝铌合金，它的化学成分质量百分比为Zr：10～40、Al：5.6～6.5、Nb：6.25～7.26、Ti：46.8～77.4％，其它为不可避免的杂质；上述合金制备方法主要是将锆与铌放入熔炼炉中，抽真空至8.5×10-3Pa，充入氩气，至少熔炼6遍，制得锆铌中间合金；将锆铌中间合金与钛和铝放入电弧炉中，抽真空至8.5×10-3Pa，充入氩气，在160～190A熔炼为液态合金，在200～240A熔炼2～3分钟，在280～300A熔炼3～5分钟，在1～1.8bar的调整坩埚冷却水的压强，至少反复熔炼6遍以上。本发明不需要锻造变形、生产周期短、制造成本低、制备的铸态细晶高强度钛锆铝铌合金力学性能好。CN106676325ACN106676325A权利要求书1/1页1.一种铸态细晶高强度钛锆铝铌合金，其特征在于：它的化学成分质量百分比wt％为Zr：10～40、Al：5.6～6.5、Nb：6.25～7.26、Ti：46.8～77.4，其它为不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铸态细晶高强度钛锆铝铌合金，其特征在于：所述的各种成分的原材料分别为工业级海绵锆和海绵钛以及纯铝和纯铌。3.权利要求1的铸态细晶高强度钛锆铝铌合金的制备方法，其特征在于：(1)中间合金的配制：将金属锆与金属铌洁净并干燥后，放入真空非自耗熔炼炉中的水冷铜坩埚内，铜坩埚内壁预先进行清理并用酒精擦拭干净，避免引入其他杂质，熔炼过程中，利用真空系统将炉腔内真空度抽至8.5×10-3Pa，接着充入高纯氩气作为保护气体，对锆铌中间合金进行常规熔炼，至少反复熔炼6遍以确保锆铌中间合金成分均匀；(2)钛锆铝铌合金的制备：将步骤(1)的锆铌中间合金与金属钛和金属铝放入真空非自耗电弧炉的水冷坩埚中进行熔炼，熔炼的工艺程序为，将炉腔内真空度抽至8.5×10-3Pa，接着充入高纯氩气作为保护气体，对钛锆铝铌合金进行熔炼；①首先在160～190A的电流下将原料熔炼为液态合金溶体，接着在200～240A的电流下熔炼2～3分钟，接着采用在280～300A的电流下熔炼3～5分钟；②在1～1.8bar的范围内调整水冷铜坩埚冷却水的压强，通过改变冷却水的压强可间接调整水冷铜坩埚冷却水的流动速度为0.4～0.6m/s，达到调整水冷铜坩埚的冷却能力，实现合金熔体凝固冷却速率的控制达到300～400℃/min；③在熔炼铸钛锆铝铌合金时，至少要反复熔炼6遍以上，确保钛锆铝铌合金铸锭的成分均匀。2CN106676325A说明书1/5页一种铸态细晶高强度钛锆铝铌合金及其制备方法技术领域[0001]本发明属于材料技术领域，特别涉及一种合金及其制备方法。背景技术[0002]金属锆或金属钛具有相似的晶体结构和相近的物理化学性能，与传统的钢铁结构材料相比，较低的密度、良好的耐腐蚀能力以及抗高温能力都远远高于常用的合金钢等结构材料。但纯的金属锆或金属钛的力学性能不高，其抗拉强度大都在400MPa以下，无法作为结构材料使用，其优良的理化性能也无法得到充分的发挥。如果在金属锆或金属钛中加入铝、钒或铌等其它金属元素，通过固溶强化等技术，可以使金属锆或金属钛的力学性能得到显著的改善和提高。目前作为结构材料使用比较多的钛合金是TC4(具体成分为Ti6Al4V，wt％)合金，该合金具有较高的力学性能(抗拉强度为900MPa)和耐高温能力(适合在600℃环境下使用)，但该合金的不足是硬度较低(RHC28～32)，耐磨性能较差，不适合用来制造具有相对运动的机构件。另一种具有商业牌号的TC20(具体成分为Ti-6Al-7Nb，wt％)合金，主要是在生物医用领域得到应用，没有被用作结构材料来使用。常见的Zr-2或Zr-4等锆合金也主要是在核工业中用作反应堆中的包壳材料，在其他工业领域中作为结构材料应用的锆合金并不多，而且成分有限。[0003]目前工业生产的铸态钛合金或锆合金，因其晶粒尺寸粗大而导致其强度较低，为了实现这类合