CN102676899A - 一种高温高比强度铌合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高温高比强度铌合金及其制备方法，合金主要成分如下表所示：<tables num="0001">
Description
技术领域
本发明涉及一种采用粉末冶金和真空电子束合金化熔炼或真空电弧熔炼将高熔点金属和较低熔点金属制备成铌基高温合金及其铸锭的方法，特别是一种高温高比强度铌合金及其制备方法。
背景技术
随着世界军事和航天技术的迅猛发展，防空、防天一体化的先进防御系统已成为我国21世纪的重大发展目标，它作为一个国家军事技术实力的标志，具有巨大的军事与政治影响。作为先进防御系统重要组成部分的动能杀伤拦截器和相应的导弹运载系统，对姿态控制发动机也提出了更高要求，不但追求高温性能、使用时间长、材料密度低，而且要具有良好的焊接性能等优点。金属铌由于其塑性好、熔点高成为这一行业的首选材料，而且可以通过加入W、Mo、Zr、C、Ti、Ni、Hf等元素实现固溶强化和沉淀强化，以提高合金的室温和高温性能。另外，由于金属铌在难熔金属中密度最低、价格便宜，铌基合金有具备良好的焊接性能等优点，所以，铌基合金理所当然成为该领域中无可媲美最佳材料。
国内除七十年代研制Nb752、Nb-10Hf-1(C103)铌合金外，近20年来一直无新一代姿控发动机在推力室使用温度的铌合金的研究。C103合金使用温度最高为1400℃，短时间达1500℃，且成本比新型高温铌合金要高，已经无法满足当前的航天技术研究和发展的要求，与国外铌合金的当前的水平存在相当大的差距。
对于我国现有铌合金使用温度偏低(≤1400℃)和提高姿态控制发动机设计技术特性的矛盾，现研制出的比C103合金温度高200℃的新合金就成为航天材料中首选.因此低成本、易加工的新一代铌合金的研制至关重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种高温高比强度铌合金及其制备方法。
本发明的目的按照下述技术方案实现：
一种高温高比强度铌合金，其主要成分如下表所示：
一种高温高比强度铌合金制备方法，包括以下步骤：
1)在冶金级铌粉中添加总重量的4.5-5.5％的钨粉，总重量1.8-2.7％的钼粉，同时添加0.1-0.5％的稀土元素粉末，用混料机进行混合；
(2)对合金粉进行压制成型，再通过真空高温烧结，制备出合金条或棒；
(3)合金条与锆材按照重量比100∶1-1.5的比例进行组配，制备成熔炼电极；
(4)采用真空高温熔炼设备进行熔炼；熔化功率为200kW-600kW，得到铸锭；
(5)铸锭经过表面车光处理，消除表面缺陷，即为高温Nb合金的成品铸锭。
本发明具有的特点和效果：
采用粉末冶金的方式进行配料烧结，可以有效保证合金成分的均匀性；铸锭组织的优化，达到高温合金的加工的技术要求；从上述可知，高温铌合金的成分配比、铸锭方法可以保证生产出有利于加工的铸锭，达到最终合金的使用性能，具有很好的经济价值和社会价值。
具体实施方式
以上的描述和下面的实施方案只不过是示范性的说明，可由本领域中的技术人员对这些技术方案做各种改进、改良或变化而不背离本发明的精神和范围。
本发明提出的高温铌合金的铸锭制造方法实施例详细说明如下：
实施例1
在93kg冶金级铌粉中添加5.1％的钨，2.1％的钼粉，同时添加0.2％的稀土元素钇，要求铌粉的过碳量控制在1000ppm，用V形混料机中混料4-10小时；对合金粉通过500吨油压钢模成型，然后通过真空高温烧结：2h升到1350℃保温2h，2h升到1700℃保温2h，2h升到1850℃保温10-20h，停电冷却，使真空度大于2×10-2Pa。合金条与锆板按照重量比100∶1-1.5的比例进行组配制备成熔炼电极。采用真空电子束炉进行两次熔炼，熔化功率为200kW-500kW，熔炼速度70-100kg/h，铸锭经过表面车光处理，消除表面缺陷。
实施例2：
在93kg冶金级铌粉中添加5.1％的钨，2.1％的钼粉，同时添加0.2％的稀土元素钇，添加用V形混料机中混料4-10小时；对合金粉进行等静压成型，成型后的棒坯直径为Φ80mm，然后通过真空垂熔烧结：70-100kW保温1-2小时，150-250kW保温2-3小时，停电冷却。合金棒与锆板按照重量比100∶1-1.5的比例进行组配制备成熔炼电极，一次熔炼采用真空电子束炉，熔化功率为200kW-500kW，熔炼速度70-100kg/h，二次采用真空自耗电弧熔炼，熔化功率为300kW-560kW。
Claims (8)
1.一种高温高比强度铌合金，其主要成分如下表所示：
2.一种高温高比强度铌合金制备方法，包括以下步骤：
(1)在冶金级铌粉中添加总重量的4.5-5.5％的钨粉，总重量1.8-2.7％的钼粉，同时添加0.1-0.5％的稀土元素粉末，用混料机进行混合；
(2)对合金粉进行压制成型，再通过真空高温烧结，制备出合金条或棒；
(3)合金条与锆材按照重量比100∶1-1.5的比例进行组配，制备成熔炼电极；
(4)采用真空高温熔炼设备进行熔炼；熔化功率为200kW-600kW，得到铸锭；
(5)铸锭经过表面车光处理，消除表面缺陷，即为高温Nb合金的成品铸锭。
3.如权利1所述，高温高比强度铌合金中包括W、Mo等高熔点金属形成的固溶强化相，包括Zr、C等形成的沉淀强化相。
4.如权利2所述的高温高比强度铌合金制备方法，其特征在于所述的稀土元素包括钇、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，其主要作用是改良合金性能。
5.如权利2所述的高温高比强度铌合金制备方法，其特征在于所述锆材为工业级与原子能级锆材，包括板材、锆丝、锆管。
6.如权利要求2所述的高温高比强度铌合金制备方法，对合金粉末进行成型，采用油压或冷等静压方式进行。
7.如权利要求2所述的高温高比强度铌合金制备方法，真空烧结采用高温真空辐射加热或垂熔烧结方式。
8.如权利要求2所述的高温高比强度铌合金制备方法，合金熔炼方式包括电子束熔炼、电弧熔炼、等离子熔炼、电子束冷床熔炼一种或几种熔炼方式的结合。
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