CN103320664B - 一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金 - Google Patents

一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金 Download PDF

Info

Publication number
CN103320664B
CN103320664B CN201210078491.2A CN201210078491A CN103320664B CN 103320664 B CN103320664 B CN 103320664B CN 201210078491 A CN201210078491 A CN 201210078491A CN 103320664 B CN103320664 B CN 103320664B
Authority
CN
China
Prior art keywords
massfraction
sic
alloy
dispersion
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210078491.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103320664A (zh
Inventor
郑鹏飞
谌继明
付海英
李晨辉
陈霞
关巧
伍聪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Southwestern Institute of Physics
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Southwestern Institute of Physics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, Southwestern Institute of Physics filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201210078491.2A priority Critical patent/CN103320664B/zh
Publication of CN103320664A publication Critical patent/CN103320664A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103320664B publication Critical patent/CN103320664B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及合金强化和低活化结构材料领域，具体属于一种高强度和高塑性的弥散强化V-4Cr-4Ti合金的成分体系。合金组分包括质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为0.05～20％的Ti3SiC2、质量分数为0.5～5％的Y，以及平衡量的V。这种弥散强化钒合金的室温抗拉强度≥600MPa，延伸率≥10％。合金中晶粒尺寸0.5～1.5μm，以Ti3SiC2为基本组分的弥散物尺寸为50～100nm。制备步骤包括：(1)将粒径为200目的V粉、Cr粉、Ti粉、Ti3SiC2粉和Y粉按照V-4Cr-4Ti-(0.05～20)Ti3SiC2-(0.5～5)Y的质量分数成分比进行混合；(2)进行球磨；(3)放电等离子体烧结使其成形；(4)热等静压使其致密化；(5)真空退火，最终得到弥散强化钒合金。

Description

一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金
技术领域
本发明涉及合金强化和低活化结构材料领域，具体属于一种高强度和高塑性的弥散强化V-4Cr-4Ti合金的成分体系。
背景技术
钒合金由于具有低活化特性、高的高温强度、良好抗中子辐照能力以及与液态Li良好相容性而被选作为聚变堆V-Li包层的结构材料，其中V-4Cr-4Ti合金是作为聚变堆用低活化结构材料的首选，其综合性能最好而且对其进行的研究最为系统。V-4Cr-4Ti在大约700℃仍能保持较高的强度和良好的高温抗蠕变性能。但对于未来的商用聚变堆，低活化结构材料需要长期承受900℃甚至更高温度，在不显著降低钒合金塑性的前提下进一步提高钒合金的耐高温强度是一个亟待解决的技术难题。
文献1(Materials Science and Engineering A 417(2006)16-23)的研究显示V-1.7wt％Y具有良好的强度和塑性；但文献2(Journal of Materials 329-333(2004)462-466)对V-(1.7-2.4)wt％Y合金的高温强度研究显示，在800℃(1073K)时，V-Y合金的强度与V-4Cr-4Ti相当，低于这个温度时，前者显著高于后者；但反过来，高于这个温度时，前者显著低于后者。因此从V-Y合金从高温强度来看不及V-4Cr-4Ti。鉴于V-4Cr-4Ti具有优良的力学性能并已经在全球范围内得到充分深入的研究，因此有必要在V-4Cr-4Ti的基础上开展弥散强化工作。
Ti3SiC2是一种值得考虑的弥散添加物。Ti3SiC2具有优异的电、热性质及力学性能，晶体结构为层状，其a＝b＝0.3067nm，c＝1.767nm，而钒为BCC晶体结构，a＝b＝c＝0.303nm，与Ti3SiC2在a，b方向上相近。二者的热膨胀系数也相近，钒 为10.3×10-6℃-1，Ti3SiC2为10～11×10-6℃-1，将Ti3SiC2弥散到钒合金中的话，热应力较小，二者具有良好的相容性。Ti3SiC2的热稳定性良好，在低于1100℃不易粗化长大，有利于钒合金的弥散强化。另外，合金中添入一定比例的Y，有助于吸收粉末原料中的杂质O、N，以形成Y2O3/YN弥散相更有利于合金的强化。
Ti3SiC2是一种陶瓷，不可直接通过熔炼的方法添加进钒合金中，需采用机械合金化的方法，控制高能球磨机的转速、球料比、磨球大小、球磨时间等参数，使Ti3SiC2粉末与V、Cr、Ti粉末经受反复的变形、冷焊、破碎达到元素间原子水平的合金化，从而得到纳米颗粒弥散强化相和均匀细小的显微组织。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是提供一种钒合金，以V-4Cr-4Ti为主要成分，采用弥散强化为主的强化方法，在保证钒合金良好塑性的前提下显著提高钒合金的强度。
为了解决以上问题，本发明采用的技术方案为：一种弥散强化钒合金，合金组分包括质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为0.05～20％的Ti3SiC2、质量分数为0.5～5％的Y，以及平衡量的V。
进一步的，这种弥散强化钒合金的室温抗拉强度≥600MPa，延伸率≥10％。合金中晶粒尺寸0.5～1.5μm，以Ti3SiC2为基本组分的弥散物尺寸为50～100nm。
进一步的，这种弥散强化钒合金的组分可以是V-4Cr-4Ti-0.4Ti3SiC2-1.8Y，包括质量分数为89.8％的V、质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为0.4％的Ti3SiC2、质量分数为1.8％的Y。
进一步的，这种弥散强化钒合金的组分还可以是V-4Cr-4Ti-1.2Ti3SiC2-1.8Y，包括质量分数为89％的V、质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分 数为1.2％的Ti3SiC2、质量分数为1.8％的Y。
一种制备如上所述的一种弥散强化钒合金的方法，包括以下步骤：
(1)将粒径为200目的V粉、Cr粉、Ti粉、Ti3SiC2粉和Y粉在真空或惰性气氛下按照V-4Cr-4Ti-(0.05～20)Ti3SiC2-(0.5～5)Y的质量分数成分比进行混合；
(2)将混合后的原材料在高能球磨机中进行球磨，球料比为7∶1，球磨机转速为200转/分钟，磨球是氧化钇稳定氧化锆，磨球直径为10毫米，球磨时间为60小时；
(3)将球磨后的的粉末在1350℃、30MPa条件下进行5分钟的放电等离子体烧结使其成形；
(4)将烧结成形的合金在1150℃、120MPa条件下进行热等静压使其致密化；
(5)将致密化处理后的合金在1100～1200℃，真空度为10-3pa的条件下进行真空退火1小时，最终得到弥散强化钒合金。
本发明通过选择成分体系、机械合金化、放电等离子烧结、热等静压和真空退火等工艺和手段，制备出了添加弥散相的高强度、高韧性的V-4Cr-4Ti合金，其室温抗拉强度≥600MPa，，较传统熔炼的方法制备的V-4Cr-4Ti合金强度有了较大提高，同时保持延伸率≥10％，取得了强度和塑性的平衡统一。
附图说明
图1是组分为V-4Cr-4Ti-0.4Ti3SiC2-1.8Y的弥散强化钒合金在室温下的拉伸曲线；
图2是组分为V-4Cr-4Ti-0.4Ti3SiC2-1.8Y的弥散强化钒合金通过透射电子显微镜观察到的微观组织结构；
图3是组分为V-4Cr-4Ti-1.2Ti3SiC2-1.8Y的弥散强化钒合金在室温下的拉伸曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种弥散强化钒合金及其制备方法进行详细说明。
本发明制备的一种弥散强化钒合金，组分包括质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为0.05～20％的Ti3SiC2、质量分数为0.5～5％的Y，以及平衡量的V。合金中晶粒尺寸0.5～1.5μm，以Ti3SiC2为基本组分的弥散物尺寸为50～100nm。其室温抗拉强度≥600MPa，延伸率≥10％。
进一步优选的弥散强化钒合金组分，可以是V-4Cr-4Ti-0.4Ti3SiC2-1.8Y，包括质量分数为89.8％的V、质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为0.4％的Ti3SiC2、质量分数为1.8％的Y。这种弥散强化钒合金的优选组分还可以是V-4Cr-4Ti-1.2Ti3SiC2-1.8Y，包括质量分数为89％的V、质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为1.2％的Ti3SiC2、质量分数为1.8％的Y。
制备这种弥散强化钒合金的方法，包括以下步骤：
(1)将粒径为200目的V粉、Cr粉、Ti粉、Ti3SiC2粉和Y粉在真空或惰性气氛下按照V-4Cr-4Ti-(0.05～20)Ti3SiC2-(0.5～5)Y的质量分数成分比进行混合；
(2)将混合后的原材料在高能球磨机中进行球磨，球料比为7∶1，球磨机转速为200转/分钟，磨球是氧化钇稳定氧化锆，磨球直径为10毫米，球磨时间为60小时；
(3)将球磨后的的粉末在1350℃、30MPa条件下进行5分钟的放电等离子体烧结使其成形；
(4)将烧结成形的合金在1150℃、120MPa条件下进行热等静压使其致密 化；
(5)将致密化处理后的合金在1100～1200℃，真空度为10-3pa的条件下进行真空退火1小时，最终得到弥散强化钒合金。
在其他结构和规格参数都和以上具体实施例部分描述的一致的基础上，本发明一种弥散强化钒合金及其制备方法中的合金组分、制备工艺有包括以下实施例在内的多种组合：
实施例1：
一种弥散强化钒合金，其组分是V-4Cr-4Ti-0.4Ti3SiC2-1.8Y，包括质量分数为89.8％的V、质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为0.4％的Ti3SiC2、质量分数为1.8％的Y。将粒度均为200目，纯度为99.9％的V粉、99.5％的Cr粉、99.7％的Ti粉、Ti3SiC2粉和99.5％的Y粉在惰性气氛下按照V-4Cr-4Ti-0.4Ti3SiC2-1.8Y组成式混合。在高能球磨机中进行球磨，按球料比为7∶1加入适量的磨球，磨球是氧化钇稳定氧化锆，球磨机转速为200转/分钟，磨球直径为10毫米，球磨时间为60小时。然后在1350℃，30MPa条件下放电等离子体烧结5分钟得到块体材料。将该块体材料于1150℃，120MPa下热等静压后处理，然后与1100℃真空退火1小时得到名义成分为V-4Cr-4Ti-0.4Ti3SiC2-1.8Y的弥散强化钒合金。将合金切成厚度为0.6mm的薄片，两面磨平并抛光至0.25mm厚，然后冲压成微型拉伸试样，在Autograph AG-1C拉伸机上拉伸(加载速度为0.1mm/min)，测得试样的室温抗拉强度为1108MPa，延伸率为16.8％，如附图1所示。其微观结构如附图2所示，晶粒尺寸0.5-1.5μm，以Ti3SiC2为基本组分的弥散物尺寸50-100nm，起到了细晶和纳米颗粒弥散强化的作用。
实施例2：
一种弥散强化钒合金，其组分是V-4Cr-4Ti-1.2Ti3SiC2-1.8Y，包括质量分数为89％的V、质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为1.2％的Ti3SiC2、质量分数为1.8％的Y。将粒度均为200目，纯度为99.9％的V粉、99.5％的Cr粉、99.7％的Ti粉、Ti3SiC2粉和99.5％的YH2粉在惰性气氛下按照V-4Cr-4Ti-1.2Ti3SiC2-1.8Y组成式混合。在高能球磨机中进行球磨，按球料比为7∶1加入适量的磨球，磨球是氧化钇稳定氧化锆，球磨机转速为200转/分钟，磨球直径为10毫米，球磨时间为60小时。然后在1350℃、30MPa条件下放电等离子体烧结5分钟得到块体材料。将该块体材料于1150℃，120MPa下热等静压后处理，然后于1200℃真空退火1小时得到名义成分为V-4Cr-4Ti-1.2 Ti3SiC2-1.8Y的弥散强化钒合金。将合金切成厚度为0.6mm的薄片，两面磨平并抛光至0.25mm厚，然后冲压成微型拉伸试样，在Autograph AG-1C拉伸机上拉伸(加载速度为0.1mm/min)，测得试样的室温抗拉强度为968MPa，延伸率为17.9％，如附图3所示。

Claims (5)

1.一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金，其特征在于：合金组分包括质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为0.05～1.2％的Ti3SiC2、质量分数为0.5～5％的Y，以及平衡量的V；合金中晶粒尺寸0.5～1.5μm,以Ti3SiC2为基本组分的弥散物尺寸为50～100nm。
2.如权利要求1所述的一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金，其特征在于：合金的室温抗拉强度≥600MPa，延伸率≥10％。
3.如权利要求1所述的一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金，其特征在于：组分是V-4Cr-4Ti-0.4Ti3SiC2-1.8Y，包括质量分数为89.8％的V、质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为0.4％的Ti3SiC2、质量分数为1.8％的Y。
4.如权利要求1所述的一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金，其特征在于：组分是V-4Cr-4Ti-1.2Ti3SiC2-1.8Y，包括质量分数为89％的V、质量分数为4％的Cr、质量分数为4％的Ti、质量分数为1.2％的Ti3SiC2、质量分数为1.8％的Y。
5.一种制备如权利要求1～4中任何一项所述的Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将粒径为200目的V粉、Cr粉、Ti粉、Ti3SiC2粉和Y粉在真空或惰性气氛下按照V-4Cr-4Ti-(0.05～1.2)Ti3SiC2-(0.5～5)Y的质量分数成分比进行混合；
(2)将混合后的原材料在高能球磨机中进行球磨，球料比为7：1，球磨机转速为200转/分钟，磨球是氧化钇稳定氧化锆，磨球直径为10毫米，球磨时间为60小时；
(3)将球磨后的粉末在1350℃、30MPa条件下进行5分钟的放电等离子体烧结使其成形；
(4)将烧结成形的合金在1150℃、120MPa条件下进行热等静压使其致密化；
(5)将致密化处理后的合金在1100～1200℃，真空度为10-3Pa的条件下进行真空退火1小时，最终得到Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金。
CN201210078491.2A 2012-03-23 2012-03-23 一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金 Active CN103320664B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210078491.2A CN103320664B (zh) 2012-03-23 2012-03-23 一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210078491.2A CN103320664B (zh) 2012-03-23 2012-03-23 一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103320664A CN103320664A (zh) 2013-09-25
CN103320664B true CN103320664B (zh) 2015-09-30

Family

ID=49189700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210078491.2A Active CN103320664B (zh) 2012-03-23 2012-03-23 一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103320664B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104946951B (zh) * 2015-07-10 2017-05-03 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种钒铬合金及其制备方法
CN105154738B (zh) * 2015-08-24 2017-04-19 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 钒铬钛合金板及其制备方法
CN105506428B (zh) * 2016-02-03 2018-02-02 中国工程物理研究院材料研究所 一种抗氦离子溅射的钒合金的制备方法
CN110499441B (zh) * 2019-09-02 2021-04-23 鞍钢股份有限公司 一种纳米结构氧化物弥散强化钒合金及其制备方法
CN113322407B (zh) * 2021-05-28 2021-12-07 西安建筑科技大学 一种氧化物强化低活化钢及其制造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1310243A (zh) * 2000-02-23 2001-08-29 中国科学院金属研究所 一种高强度高导电铜合金
CN102336038A (zh) * 2010-07-26 2012-02-01 核工业西南物理研究院 一种复合结构材料及采用该材料制备管道部件的工艺

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1310243A (zh) * 2000-02-23 2001-08-29 中国科学院金属研究所 一种高强度高导电铜合金
CN102336038A (zh) * 2010-07-26 2012-02-01 核工业西南物理研究院 一种复合结构材料及采用该材料制备管道部件的工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
聚变应用钒基合金结构材料的研究进展;谌继明;《2006全国核材料学术交流会论文集》;20070723;第394页5 间隙杂质原子的作用和钒合金的强化 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103320664A (zh) 2013-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103320664B (zh) 一种Ti3SiC2弥散强化V-4Cr-4Ti合金
Huang et al. TiB whiskers reinforced high temperature titanium Ti60 alloy composites with novel network microstructure
CN108179343A (zh) 一种超细晶高熵合金的制备方法
CN103572084B (zh) 一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法
CN108516820B (zh) 一种氧化铟锡靶材的短流程烧结工艺
AU2022224725B2 (en) Preparation method of in-situ synthesized zirconia toughened alumina (ZTA) ceramic particles-reinforced steel matrix structural composite
CN103540783B (zh) 一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料及其无压烧结制备方法
Shevtsova et al. Microstructure and mechanical properties of materials obtained by spark plasma sintering of Ni3Al–Ni powder mixtures
Huang et al. Process optimization of melt growth alumina/aluminum titanate composites directed energy deposition: effects of scanning speed
Xiao et al. Uniform nanosized oxide particles dispersion strengthened tungsten alloy fabricated involving hydrothermal method and hot isostatic pressing
Wu et al. Microstructural evolution and oxidation behavior of TiB2SiCB4C composite fabricated by reactive spark plasma sintering
CN109794613A (zh) 一种纳米ZrC增强FeCrAl合金的制备方法
CN102153347B (zh) 一种快速合成Ti3SiC2亚微米粉体的方法
CN103433488B (zh) 一种氮化钛-铁金属陶瓷的制备方法
CN113477929A (zh) 一种高强韧ods钢的高通量制备与成分工艺优选方法
Xie et al. Mechanical properties and microstructures of W–TiC and W–Y2O3 alloys fabricated by hot-pressing sintering
CN104261822B (zh) 一种氧化锆复合陶瓷及其制备方法
CN107385367B (zh) 一种细晶低氧型多相Mo-Si-B合金的制备方法
CN112435847B (zh) 一种高性能磁环的制备方法
CN105714169B (zh) 一种Mo‑Si‑B‑Hf‑Al合金棒材及其制备方法
XU et al. Effect of rare earth Y on oxidation behavior of NiAl-Al2O3
CN113106279A (zh) 一种多元掺杂氧化物弥散强化钨基合金及其制备方法与应用
CN105506331B (zh) 一种Mo‑Si‑B‑Ti‑Zr‑Al‑Nb复合材料及其制备方法
CN110834098B (zh) 一种梯度纳米复合金属陶瓷刀具材料及其烧结工艺
CN109536760A (zh) 一种高断裂韧性双态钛铝基复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant