CN106756250A - 一种用于航空器发射平台的高强耐火合金 - Google Patents

一种用于航空器发射平台的高强耐火合金 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Al：5.2～7.1％、W：2.8～4.2％、Cr：10.3～16.5％、Co：2.7～4.1％、Ti：2.4～3.7％、Ta：0.2～1.3％、Nb：1.1～1.5％、Mo：0.7～1.4％、Hf：0.2～2.3％、Mn：0.8～1.5％、V：0.5～1.2％、C<0.13％，其余为Ni以及耐高温水泥，并且耐高温水泥的质量为Ni的15～25％，并且还提供了其制造方法。本发明通过特殊的成分配比以及加工工艺，保证产物在具有超高硬度，耐高温性的基础上，还具有优秀的加工性能、抗拉屈服强度，适用于任何对耐热性以及硬度具有超强需求的工作环境，适用性广；同时产物的内部应力极低，具有优秀的力学性能，保证长时间使用稳定性。

Description

一种用于航空器发射平台的高强耐火合金
技术领域
本发明属于合金领域，具体涉及一种用于航空器发射平台的高强耐火合金。
背景技术
随着人类对太空领域的不断探索，航空器发射数量以及频率也随之不断提升，为了保证航空器发射稳定性，通常选择将航空器运输并安装于发射平台上进行发射，因此发射平台上的铸件必须要具有超高的耐火性能以及机械性能。
为了解决以上问题研制出一种高强耐火合金是本领域技术人员所急需解决的难题。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种用于航空器发射平台的高墙耐火合金。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Al：5.2～7.1％、W：2.8～4.2％、Cr：10.3～16.5％、Co：2.7～4.1％、Ti：2.4～3.7％、Ta：0.2～1.3％、Nb：1.1～1.5％、Mo：0.7～1.4％、Hf：0.2～2.3％、Mn：0.8～1.5％、V：0.5～1.2％、C<0.13％，其余为Ni以及耐高温水泥，并且耐高温水泥的质量为Ni的15～25％；耐高温水泥为高铝水泥或者铝酸盐水泥。
进一步地，制作方法为：
(1)将上述材料中的金属成分置于中频感应炉中，在1650～1700℃的温度下熔炼成合金液，保温0.5～1h后加入经过干馏的木炭，木炭的加入量以充分覆盖住合金液面为原则，升温至1720～1780℃后搅拌均匀，保温2～3h；
(2)将步骤(1)中合金液以28～35℃/min的速度降温浇铸成合金锭；
(3)待合金锭的表面温度下降至300～350℃时，放入电渣重熔炉中进行重熔，待合金锭完全熔化后加入耐高温水泥，搅拌均匀，并转移至电子束熔炼炉中；
(4)将电子束熔炼炉中的电子枪束流以不高于2mA/s的速度增加至400mA，同时将电子束束斑半径调整为15nm，时长为5～10min，获得水泥合金液；
(5)将水泥合金液从砂箱的浇口倒入型腔，在砂箱的浇口处留有一定高度的补缩液；迅速将砂箱置于压力容器内，将压力容器内的压力于12s内升压至0.7～1mpa，并且使砂箱在压力容器内保压10～20min；
(6)将压力容器中的压力释放，取出砂箱并自然冷却，获得成品。
作为优选，铝酸盐水泥为铝酸钡水泥或者铝酸钡锆水泥。
作为优选，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Al：5.9～6.8％、W：3.3～4％、Cr：13.5～15.5％、Co：3～4％、Ti：2.7～3.2％、Ta：0.5～1％、Nb：1.2～1.4％、Mo：1～1.2％、Hf：1.2～1.8％、Mn：1～1.2％、V：0.8～1.2％、C<0.1％，其余为Ni以及耐高温水泥，并且耐高温水泥的质量为Ni的18～22％；耐高温水泥为铝酸盐水泥。
作为优选，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Al：6％、W：3.5％、Cr：14.5％、Co：3.4％、Ti：3％、Ta：0.7％、Nb：1.3％、Mo：1.1％、Hf：1.3％、Mn：1.1％、V：0.8％、C：0.03％，其余为Ni以及耐高温水泥，并且耐高温水泥的质量为Ni的20％；耐高温水泥为铝酸盐水泥。
作为优选，步骤(5)为将水泥合金液从砂箱的浇口倒入型腔，在砂箱的浇口处留有一定高度的补缩液；迅速将砂箱置于压力容器内，将压力容器内的压力于12s内升压至0.85～1mpa，并且使砂箱在压力容器内保压16min。
本发明首先提供了一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，由Al、W、Cr、Co、Ti、Ta、Nb、Mo、Hf、Mn、V、C、Ni以及耐高温水泥组成，其中金属元素以Ni为主体，作为镍基合金，Al具有优秀的延展性，加工性强；W、Cr、Co、Mo都具有极强的硬度以及耐热性；Ti、Ta的添加则能够显著增强合金的耐蚀性；Nb的添加能够使合金的晶粒细化；Hf的添加则能够防止合金断面裂纹的产生；Mn可以提高合金珠光体含量，进而提高抗拉强度，但当含量过高时容易产生偏析，显著提高合金韧脆转变温度，降低塑性以及韧性，因此含量不宜过高；少量的V则能够赋予合金一些特殊机能，如提高抗张强度以及屈服点；Ni能够充分提高合金的淬透性以及抗冲击韧性；再配合添加耐高温水泥，与上述金属元素共同组成合金水泥，既能保证具有合金的耐高温、耐冲击、耐腐蚀等性能以及高强硬度，同时也能具有水泥的易加工成型性能。
同时本发明还提供了该合金的制作方法，与现有技术相比，采用木炭除气以及电子束熔炼炉熔炼相结合，能够有效避免合金成型时，内部缩孔的产生，有效降低内部应力，提高力学性能。
本发明与现有技术相比，通过特殊的成分配比以及加工工艺，保证产物在具有超高硬度，耐高温性的基础上，还具有优秀的加工性能、抗拉屈服强度，适用于任何对耐热性以及硬度具有超强需求的工作环境，适用性广；同时产物的内部应力极低，具有优秀的力学性能，保证长时间使用稳定性。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：
一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Al：5.2％、W：2.8％、Cr：10.3％、Co：2.7％、Ti：2.4％、Ta：0.2％、Nb：1.1％、Mo：0.7％、Hf：0.2％、Mn：0.8％、V：0.5％、C：0.03％，其余为Ni以及耐高温水泥，并且耐高温水泥的质量为Ni的15％；耐高温水泥为高铝水泥。
制作方法为：
(1)将上述材料中的金属成分置于中频感应炉中，在1650℃的温度下熔炼成合金液，保温0.5h后加入经过干馏的木炭，木炭的加入量以充分覆盖住合金液面为原则，升温至1720℃后搅拌均匀，保温2h；
(2)将步骤(1)中合金液以35℃/min的速度降温浇铸成合金锭；
(3)待合金锭的表面温度下降至300℃时，放入电渣重熔炉中进行重熔，待合金锭完全熔化后加入耐高温水泥，搅拌均匀，并转移至电子束熔炼炉中；
(4)将电子束熔炼炉中的电子枪束流以1mA/s的速度增加至400mA，同时将电子束束斑半径调整为15nm，时长为5min，获得水泥合金液；
(5)将水泥合金液从砂箱的浇口倒入型腔，在砂箱的浇口处留有一定高度的补缩液；迅速将砂箱置于压力容器内，将压力容器内的压力于12s内升压至0.7mpa，并且使砂箱在压力容器内保压10min；
(6)将压力容器中的压力释放，取出砂箱并自然冷却，获得成品。
实施例2：
一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Al：7.1％、W：4.2％、Cr：16.5％、Co：4.1％、Ti：3.7％、Ta：1.3％、Nb：1.5％、Mo：1.4％、Hf：2.3％、Mn：1.5％、V：1.2％、C：0.13％，其余为Ni以及耐高温水泥，并且耐高温水泥的质量为Ni的25％；耐高温水泥为铝酸钡水泥。
制作方法为：
(1)将上述材料中的金属成分置于中频感应炉中，在1700℃的温度下熔炼成合金液，保温1h后加入经过干馏的木炭，木炭的加入量以充分覆盖住合金液面为原则，升温至1780℃后搅拌均匀，保温3h；
(2)将步骤(1)中合金液以30℃/min的速度降温浇铸成合金锭；
(3)待合金锭的表面温度下降至350℃时，放入电渣重熔炉中进行重熔，待合金锭完全熔化后加入耐高温水泥，搅拌均匀，并转移至电子束熔炼炉中；
(4)将电子束熔炼炉中的电子枪束流以2mA/s的速度增加至400mA，同时将电子束束斑半径调整为15nm，时长为10min，获得水泥合金液；
(5)将水泥合金液从砂箱的浇口倒入型腔，在砂箱的浇口处留有一定高度的补缩液；迅速将砂箱置于压力容器内，将压力容器内的压力于12s内升压至1mpa，并且使砂箱在压力容器内保压20min；
(6)将压力容器中的压力释放，取出砂箱并自然冷却，获得成品。
实施例3：
一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Al：6％、W：3.5％、Cr：14.5％、Co：3.4％、Ti：3％、Ta：0.7％、Nb：1.3％、Mo：1.1％、Hf：1.3％、Mn：1.1％、V：0.8％、C：0.03％，其余为Ni以及耐高温水泥，并且耐高温水泥的质量为Ni的20％；耐高温水泥为铝酸钡锆水泥。
制作方法为：
(1)将上述材料中的金属成分置于中频感应炉中，在1680℃的温度下熔炼成合金液，保温0.7h后加入经过干馏的木炭，木炭的加入量以充分覆盖住合金液面为原则，升温至1750℃后搅拌均匀，保温2.5h；
(2)将步骤(1)中合金液以28℃/min的速度降温浇铸成合金锭；
(3)待合金锭的表面温度下降至330℃时，放入电渣重熔炉中进行重熔，待合金锭完全熔化后加入耐高温水泥，搅拌均匀，并转移至电子束熔炼炉中；
(4)将电子束熔炼炉中的电子枪束流以1.5mA/s的速度增加至400mA，同时将电子束束斑半径调整为15nm，时长为7min，获得水泥合金液；
(5)将水泥合金液从砂箱的浇口倒入型腔，在砂箱的浇口处留有一定高度的补缩液；迅速将砂箱置于压力容器内，将压力容器内的压力于12s内升压至0.85mpa，并且使砂箱在压力容器内保压16min；
(6)将压力容器中的压力释放，取出砂箱并自然冷却，获得成品。
分别通过以上三个实施例提供的成分配比以及制作方法获得三种不同成分的合金，利用该三种成分的合金制作10mm后的板状铸件，并分别进行力学测试。
实施例1的屈服强度达到704～710Mpa、抗拉强度达到723～730Mpa，在300℃下的冲击功达到253J；实施例2的屈服强度达到724～727Mpa、抗拉强度达到732～742Mpa，在300℃下的冲击功达到266J；实施例2的屈服强度达到732～737Mpa、抗拉强度达到745～750Mpa，在300℃下的冲击功达到278J。
综上，通过以上三个实施例获得的合金都具有优异的屈服强度、抗拉强度，同时都具有极强的耐高温性；并且实施例3所公开的工艺参数以及成分配比为佳。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其特征在于：其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Al：5.2～7.1％、W：2.8～4.2％、Cr：10.3～16.5％、Co：2.7～4.1％、Ti：2.4～3.7％、Ta：0.2～1.3％、Nb：1.1～1.5％、Mo：0.7～1.4％、Hf：0.2～2.3％、Mn：0.8～1.5％、V：0.5～1.2％、C<0.13％，其余为Ni以及耐高温水泥，并且耐高温水泥的质量为Ni的15～25％；所述耐高温水泥为高铝水泥或者铝酸盐水泥。
2.根据权利要求1所述的一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其特征在于：制作方法为：
(1)将上述材料中的金属成分置于中频感应炉中，在1650～1700℃的温度下熔炼成合金液，保温0.5～1h后加入经过干馏的木炭，木炭的加入量以充分覆盖住合金液面为原则，升温至1720～1780℃后搅拌均匀，保温2～3h；
(2)将步骤(1)中合金液以28～35℃/min的速度降温浇铸成合金锭；
(3)待合金锭的表面温度下降至300～350℃时，放入电渣重熔炉中进行重熔，待合金锭完全熔化后加入耐高温水泥，搅拌均匀，并转移至电子束熔炼炉中；
(4)将电子束熔炼炉中的电子枪束流以不高于2mA/s的速度增加至400mA，同时将电子束束斑半径调整为15nm，时长为5～10min，获得水泥合金液；
(5)将水泥合金液从砂箱的浇口倒入型腔，在砂箱的浇口处留有一定高度的补缩液；迅速将砂箱置于压力容器内，将压力容器内的压力于12s内升压至0.7～1mpa，并且使砂箱在压力容器内保压10～20min；
(6)将压力容器中的压力释放，取出砂箱并自然冷却，获得成品。
3.根据权利要求1所述的一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其特征在于：所述铝酸盐水泥为铝酸钡水泥或者铝酸钡锆水泥。
4.根据权利要求1所述的一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其特征在于：其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Al：5.9～6.8％、W：3.3～4％、Cr：13.5～15.5％、Co：3～4％、Ti：2.7～3.2％、Ta：0.5～1％、Nb：1.2～1.4％、Mo：1～1.2％、Hf：1.2～1.8％、Mn：1～1.2％、V：0.8～1.2％、C<0.1％，其余为Ni以及耐高温水泥，并且耐高温水泥的质量为Ni的18～22％；所述耐高温水泥为铝酸盐水泥。
5.根据权利要求4所述的一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其特征在于：其组成成分以及各成分所占质量百分比分别为：Al：6％、W：3.5％、Cr：14.5％、Co：3.4％、Ti：3％、Ta：0.7％、Nb：1.3％、Mo：1.1％、Hf：1.3％、Mn：1.1％、V：0.8％、C：0.03％，其余为Ni以及耐高温水泥，并且耐高温水泥的质量为Ni的20％；所述耐高温水泥为铝酸盐水泥。
6.根据权利要求2所述的一种用于航空器发射平台的高强耐火合金，其特征在于：所述步骤(5)为将水泥合金液从砂箱的浇口倒入型腔，在砂箱的浇口处留有一定高度的补缩液；迅速将砂箱置于压力容器内，将压力容器内的压力于12s内升压至0.85～1mpa，并且使砂箱在压力容器内保压16min。
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