一种锆合金及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102260807A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102260807A(43)申请公布日2011.11.30(21)申请号201110159185.7(22)申请日2011.06.15(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)发明人刘日平马明臻梁顺星景然谭春林(74)专利代理机构石家庄一诚知识产权事务所13116代理人崔凤英(51)Int.Cl.C22C16/00(2006.01)C22F1/18(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称一种锆合金及其制备方法(57)摘要一种锆合金，其化学成分（wt％）为：Zr47.5-69.5、Ti24.5-45.5、Al3.95-5.15、V2.65-3.15，其余为不可避免的原材料中所含杂质。其制备方法主要是将上述原料放入自耗电弧炉，熔炼成锆合金铸锭，再经过锻造、精锻、退火，得到本发明锆合金。该锆合金具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗辐射、高熔点和低密度等优良的力学和理化性能，其屈服强度为1190～1360MPa、抗拉强度为1247～1362MPa、密度为5210kg/m3。CN102687ACCNN110226080702260811A权利要求书1/1页1.一种锆合金，其特征在于：其化学成分（wt％）为：Zr47.5-69.5、Ti24.5-45.5、Al3.95-5.15、V2.65-3.15，其余为不可避免的原材料中所含杂质。2.权利要求1所述的一种锆合金的制备方法，其特征在于：（1）将上述各种原料放入自耗电弧炉，熔炼温度2000～2700℃，熔炼三次，每次的时间10～50分钟；（2）在上述合金铸锭表面涂覆高温抗氧化涂料，然后在箱式加热炉中加热至900℃～1250℃，保温1～5小时后进行开坯锻造，经过2次镦拔后，待合金锭冷却，再进行合金锭表面修整，去除表面的抗氧化涂料；（3）将经过表面修整后的合金铸锭再重新涂覆上述高温抗氧化涂料后，放进箱式加热炉中加热至900℃～1250℃，保温1～5小时，进行二次锻造，此时反复镦拔三次，待合金锭冷却以后进行表面修整；（4）在上述合金锭表面再次涂覆上述高温抗氧化剂，然后装入箱式加热炉中加热至900℃～1100℃，保温1～3小时，然后出炉进行精锻，精锻过程可根据需要多次重复进行，直到锻至需要的尺寸；（5）将上述经过精锻的合金进行最终的退火处理，在管式真空炉中，用氩气保护加热，在500～850℃的温度条件下保温0.5～3小时后随炉冷却到100℃以下空冷。2CCNN110226080702260811A说明书1/6页一种锆合金及其制备方法[0001]技术领域本发明涉及一种合金材料及其制备方法，特别是锆合金及其制备方法。[0002]背景技术锆在地壳中的含量很丰富，按丰度居第20位。锆在室温时为密排六方结构，称为a相。a-Zr在865℃时发生同素异晶转变，转变为体心立方的b-Zr。由于金属锆及其合金的化学活性很高，在熔炼过程中几乎和所有的材料都发生反应，因此锆合金的熔炼一直是该领域的一大技术难题。金属锆的高抗腐蚀性能和极高的熔点（1860℃）等特性，是航空航天以及军工领域中极具应用潜力的新型结构材料。由于纯锆的室温抗拉强度很低，不到400MPa，无法满足结构材料对力学性能的要求，因此，除在核工业中得到广泛应用外，在其它工程领域很少作为结构材料来应用。从已有的核工业锆合金材料可知，当在纯锆中添加少量的锡或锌元素后，其合金的强度可提高至900MPa左右，但这仍无法满足结构材料对力学性能的要求。虽然锆合金在核工业中得到了广泛的应用，但作为工程结构材料的使用，至今尚未见报道。[0003]发明内容本发明的目的在于提供一种具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗辐射、高熔点和低密度的锆合金及其制备方法。本发明主要是在纯锆中加入适量的Ti、Al、V的金属元素，再辅以相应的热处理手段，可得到具有优异力学性能的锆合金。[0004]本发明的技术方案如下：本发明的锆合金（ZrTiAlV）的化学成分（wt％）为：Zr47.5-69.5、Ti24.5-45.5、Al3.95-5.15、V2.65-3.15，其余为不可避免的原材料中所含杂质。铝是a-Zr稳定元素，少量的铝就能大大提高α-β转变温度。钒可以降低α-β转变温度，在α-Zr的溶解度比较小，但是在β-Zr中的溶解度最高达到17.5at%，是合金固溶强化和弥散强化的重要金属元素。钛的作用一是固溶强化作用，二是通过钛可以增加铝和钒在锆钛基体中的固溶度，避免金属间化合物的形成。[0005]上述锆合金的制备方法：1、铸锭：将上述各种原料放入自耗电弧炉，熔炼温度2000～2700℃，熔炼三次，每次的时间为10～5