CN102534334A - 一种高强高韧钼合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强高韧钼合金，通过掺杂合金元素Ti、Zr、Si、B以及稀土元素La，采用固-固或固-液混合的方法的进行混料，利用机械球磨或高能球磨制备出颗粒均匀的预合金粉末，将球磨后的合金粉末进行压制成形后进行高温烧结，得到高强高韧的钼合金材料。本发明制备的钼合金具有高的抗拉强度、延伸率、再结晶温度，且具有优良的高温抗氧化性，因此具有十分广阔的应用前景和推广价值。

Description

一种高强高韧钼合金及其制备方法
技术领域
本发明及粉末冶金领域，涉及一种钼合金，特别是一种高强高韧钼合金及其制备方法。
背景技术
自1778年金属钼被发现以来，钼作为具有重要战略意义的稀有金属，其具有熔点高、强度大、硬度高、耐磨性和导热导电性好等优点，此外，钼合金膨胀系数小、耐蚀性能好，因而广泛应用于冶金、机械、石油、化工、国防、航空航天、电子、核工业等诸多领域。但由于钼及钼合金的低温脆性和高温抗氧化能力差，限制了钼合金作为结构材料更加广泛地使用。因此，研究开发性能优异的新型钼合金和改进钼合金生产工艺、提高产品质量是钼合金研究者和生产者努力的主要方向。
而在设计新型钼合金和改善钼合金性能的道路上，合金化法被广泛采用。目前在高温钼合金领域主要以TZM合金、稀土氧化物掺杂钼合金、掺杂钼合金为主，他们各自在不同的应用领域表现出优越的性能。随着现代工业的发展，在一些特殊应用领域如高温喷管、高温钼舟等，要求有高温硬度、高温耐磨性及高温抗氧化性。且随着越来越多的行业和技术领域对材料要求的不断提高，目前钼合金的单一性能已不能在满足客户的要求了，对高温力学性能、高的韧性、高温抗氧化性能及良好的高温蠕变性能和高再结晶温度的综合性能优异的钼合金的开发和制备显得十分必要和迫切。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高钼基合金强度和韧性的综合性能的高强高韧钼合金材料及其制备方法。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种高强高韧钼合金，其特征在于，制得的该高强高韧钼合金由以下质量百分比的化学元素组成：TiH2：0.2％～1.0％，ZrH2：0.05％～0.20％，碳粉：0.01％～0.10％，Si粉：0.2％～2.0％，B粉：0.2％～2.0％，La2O3粉或La(NO)3粉：0.2～2.0％，余量为Mo粉和不可避免的杂质，化学元素的质量百分比之和为100％。
上述选用的Mo粉费氏粒度小于5μm，TiH2、ZrH2、碳粉、La2O3粉或La(NO)粉3、Si粉、B粉末的费氏粒度均小于38μm。
上述的高强高韧钼合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)配料、混合：先把TiH2、ZrH2、C、Si、B粉按照其各自在合金中所占的比例，与钼粉混合，再向合金粉末中添加La2O3或La(NO)3粉，用V型混料机或三维混料机进行混料，时间为1～10小时；
(2)球磨：直接进行固-固混合球磨，或者以酒精作为混料介质，进行固液混合，用调浆法将粉末搅拌均匀，然后在150～200℃下烘干。采用行星球磨机或高能球磨机进行球磨，球磨2～20个小时，得到颗粒均匀的预合金粉末；
(3)压制成形：将球磨后的预合金粉末进行等静压或模压压制成形，压强为1.50～5.0t/cm2，保压时间为0.2～2分钟，压制成坯料；
(4)烧结：将坯料在1600～2400℃下进行烧结，采用真空、氢气或者惰性气体作为保护气氛，烧结10～20小时后随炉冷却，得到高强高韧烧结钼合金材料。
上述制得的高强高韧烧结钼合金材料可以进一步进行轧制和锻造，开坯温度为1000℃～1600℃，加工量为50～95％时进行气氛保护下的退火处理，得到高强高韧钼合金板材和棒材。
采用本发明所制得的钼合金的再结晶温度可达1400℃以上，抗拉强度大于950MPa，延伸率大于7％，具有优良的高温抗氧化性。本发明设计合理、工艺简单、易于控制、适合大规模工业化生产，因此具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是实施例1中所制备的高强高韧钼合金应力-应变曲线图；
图2是实施例1中所制备的高强高韧钼合金的扫描电镜照片；
图3是实施例2中所制备的高强高韧钼合金轧制板材的应力-应变曲线图；
图4是实施例2中所制备的高强高韧钼合金轧制板材厚向金相组织图；
图5是实施例2中所制备的高强高韧钼合金轧制板材拉伸断口的扫描电镜照片。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，这些实施例是较优的例子，本发明不限于这些实施例，本领域的技术人员凡是根据本发明技术方案给出的参数，均能够得到抗拉强度大于950MPa，延伸率大于7％的高强高韧烧结钼合金材料。
实施例1：
(1)秤取La2O3 10g，ZrH2 11g，TiH2 5.4g，碳粉0.6g，Si粉5g，B粉10g，钼粉1kg；
先把TiH2、ZrH2、C、Si、B粉在三维混料机中混料2小时，然后添加La2O3粉，用行星球磨机球磨6小时，球料比为1∶10，转速为220r/min；
(2)将球磨后的合金粉末进行等静压，压强为5.0t/cm2，保压时间为30s，压制成坯料；
(3)将坯料在1900℃下进行烧结，气氛为真空，采用分段式烧结，烧结时间为17小时，随炉冷却，得到高强高韧烧结钼合金材料。
本实施例所制备的高强高韧钼合金应力-应变曲线图和扫描电镜照片分别如图1、图2所示，由图可以看出，制备的高强高韧钼合金的强度为960MPa，延伸率为7.9％。
实施例2：
(1)秤取La2O3 8g，ZrH2 10g，TiH2 6g，C粉0.8g，Si粉4g，B粉7g，钼粉1kg；
先把TiH2、ZrH2、C、Si、B粉与钼粉在三维混料机中混料3小时，再加入La2O3粉和100mL酒精，搅拌均匀后，在200℃下烘干8小时；
(2)用行星球磨机球磨8小时，球料比为1∶10，转速为220r/min；
(3)将合金粉末用冷等静压压制成型，压强为4.0t/cm2，保压时间为1min，压制成坯料；
(4)将坯料在2100℃下进行烧结，气氛为氢气，采用分段式烧结，烧结20个小时，随炉冷却，得到高强高韧烧结钼合金材料。
将上述制得的高强高韧烧结钼合金材料进一步进行轧制，开坯温度为1200℃，加工量为90％，并进行氢气气氛保护下退火处理，得到高强高韧钼合金板材。所制备的高强高韧钼合金轧制板材的应力-应变曲线图、厚向金相组织和拉伸断口的扫描电镜照片分别如图3、图4、图5所示，由图可以看出，制备的高强高韧钼合金轧制板材的组织结构均匀，其强度为1038MPa，延伸率为10.4％。
实施例3：
(1)秤取La2O3 9g，ZrH2 12g，TiH2 5g，C粉0.5g，Si粉6g，B粉8g，钼粉1kg；
先把TiH2、ZrH2、C、Si、B粉和钼粉混合，在三维混料机中混料10小时，再混入La2O3粉和100mL酒精，搅拌均匀，再在150℃下烘干8小时；
(2)用高能球磨机球磨2小时，球料比为1∶10，转速为500r/min；
(3)将合金粉末用模压成形，压强为3.0t/cm2，保压时间为2min，压制成坯料；
(4)将坯料在2400℃下进行烧结，气氛为惰性气体，采用分段式烧结，烧结10个小时，随炉冷却，得到高强高韧烧结钼合金材料。
实施例4：
(1)秤取La(NO3)3 13g，ZrH2 8g，TiH2 7g，C粉0.4g，Si粉3g，B粉6g，钼粉1kg；
先把TiH2、ZrH2、C、Si、B粉和钼粉混合，在三维混料机中混料1小时，再混入La(NO3)3粉和150mL酒精，搅拌均匀，再在180℃下烘干12小时；
(2)用行星球磨机球磨10小时，球料比为1∶10，转速为220r/min；
(3)将合金粉末用钢模压制成型，压强为4.0t/cm2，保压时间为1min，压制成坯料；
(4)将坯料在2200℃下进行烧结，气氛为真空，采用分段式烧结，烧结18个小时，随炉冷却，得到高强高韧烧结钼合金材料。
本发明的机理是，掺杂Ti、Zr、C钼合金具有强化、韧化作用，掺杂稀土La可以提高钼合金的再结晶温度，阻碍位错滑移、晶界长大，从而细化晶粒，也可以达到强化、韧化的作用，Si、B元素的加入则提高了钼合金的高温抗氧化性。因此，本发明制备的高强高韧钼合金具有优良的综合性能。

Claims (4)

1.一种高强高韧钼合金，其特征在于，制得的该高强高韧钼合金由以下质量百分比的化学元素组成：TiH2：0.2％～1.0％，ZrH2：0.05％～0.20％，碳粉：0.01％～0.10％，Si粉：0.2％～2.0％，B粉：0.2％～2.0％，La2O3粉或La(NO)3粉：0.2～2.0％，余量为Mo粉和不可避免的杂质，化学元素的质量百分比之和为100％。
2.如权利要求1所述的高强高韧钼合金，其特征在于，所述的Mo粉的费氏粒度小于5μm，TiH2、ZrH2、碳粉、La2O3粉或La(NO)粉3、Si粉、B粉末的费氏粒度均小于38μm。
3.权利要求1所述的高强高韧钼合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)配料、混合：先把TiH2、ZrH2、C、Si、B粉按照其各自在合金中所占的比例，与钼粉混合，再向合金粉末中添加La2O3或La(NO)3粉，用V型混料机或三维混料机进行混料，时间为1～10小时；
(2)球磨：直接进行固-固混合球磨，或者以酒精作为混料介质，进行固液混合，用调浆法将粉末搅拌均匀，然后在150℃～200℃下烘干，烘干后采用行星球磨机或高能球磨机进行球磨，球磨2～20个小时，得到颗粒均匀的预合金粉末；
(3)压制成形：将球磨后的预合金粉末进行等静压或模压压制成形，压强为1.50～5.0t/cm2，保压时间为0.2～2分钟，压制成坯料；
(4)烧结：将坯料在1600℃～2400℃下进行烧结，采用真空、氢气或者惰性气体作为保护气氛，烧结10小时～20小时后随炉冷却，得到抗拉强度大于950MPa，延伸率大于7％的高强高韧烧结钼合金材料。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，制得的高强高韧烧结钼合金材料进一步进行轧制和锻造，开坯温度为1000℃～1600℃，加工量为50～95％时，进行气氛保护下的退火处理，得到高强高韧钼合金板材和棒材。
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