CN107034404B - 一种MoHfTiBC系钼合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MoHfTiBC系钼合金。所述MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.3％‑0.8％，Hf 0.05％‑0.25％，B 0.01％‑0.10％，C 0.01％‑0.09％，余量为Mo。本发明生产的合金与纯Mo、TZM及掺杂稀土元素镧的La‑TZM合金相比，具有更高的横向塑性、更高的高温力学性能，可适用于高温反应器大功率涡轮机叶片，在电子电气工业上用做电子管阴极、栅极、高压整流元件，火箭喷管喉衬、配气阀体、喷嘴、燃气导管，核能源设备上的辐射罩、支撑架、热交换器、轨条等。

Description

一种MoHfTiBC系钼合金

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种高横向塑性、高强耐热的MoHfTiBC系钼合金。

背景技术

随着电子电气、兵器和核能源等工业的发展，对钼合金的横向塑性和高温强度提出了越来越高的要求。高的横向塑性和高的高温强度已经成为高温反应器大功率涡轮机叶片在电子电气工业上用做电子管阴极、栅极、高压整流元件，火箭喷管喉衬、配气阀体、喷嘴、燃气导管，核能源设备上的辐射罩、支撑架、热交换器、轨条等的必要的性能。

高横向塑性Mo及Mo合金棒中重要用途之一是制做高性能大功率高效微波管上的阴极套筒和阴极托架，它们的性能直接影响着阴极的发射效率、微波管输出功率和工作稳定性。制作阴极套筒和托架的过程如下：用钼合金棒车削出所需套筒的形状，填充W粉后，用一直径略大于套筒直径的球将钼合金套筒或托架与填充钨粉压制成一体，然后对其进行烧结。但是目前不论国产还是进口的钼合金棒，横向伸长率几乎为零，在压制过程中，甚至是车削过程中就产生了开裂，成材率几乎为零，已严重影响了大功率高效微波管的研制和生产。再如，核能源设备上用做辐射罩、支撑架、热交换器、轨条等钼合金要求其具备非常高的高温强度才能满足要求。

因此，提高钼合金的高温性能和横向塑性已经成为当下研究者和生产者的主要任务。针对这一任务，先后发展出了很多钼合金：①钼铼合金。由于铼元素的添加，使钼铼合金的性质得以显著改善，合金的强度、塑性均得到提高，并降低了合金的塑-脆转变温度。铼含量为40％～50％时性能最好。由于铼的价格高，含量如此高的情况下，合金的成本大幅提高。②Mo-Si系合金。采用电弧熔炼法和粉末冶金法制备的Mo-Si-B合金。具有非常好的抗氧化性能而且具有良好的高温力学性能，合金母相为Mo5SiB2，第二相为钼金属相(α-Mo)，钼金属相提高了韧性，但合金棒材横向塑性需要进一步提高。③稀土氧化物掺杂钼合金。主要稀土氧化物为氧化镧。稀土氧化物粒子周围形成强应力场，阻碍晶界迁移，细化晶粒，并且阻碍了再结晶晶粒向等轴晶的转变，提高再结晶温度。合金轻度也得到提高，当合金棒材横向塑性较之纯钼棒没有得到显著提高。④TZM合金。在钼中添加合金元素Ti、Zr等制备的钼合金。TZM合金中，合金元素总量不超过1％，具熔点高，强度大，弹性模量高，膨胀系数小，导电导热性好，抗蚀性强以及高温力学性能和抗蠕变性能良好。同样存在较之纯钼棒，合金横向塑性没有得到显著提高的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术不足，提供一种高横向塑性、高强耐热的MoHfTiBC系钼合金。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.3％-0.8％，Hf0.05％-0.25％，B 0.01％-0.10％，C 0.01％-0.09％，余量为Mo。

优选地，所述MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.4％-0.6％，Hf0.05％-0.20％，B 0.01％-0.06％，C 0.01％-0.09％，余量为Mo。

优选地，所述MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.5％，Hf0.18％，B 0.04％，C 0.018％，余量为Mo。

下面对本发明做进一步说明：

本发明采用粉末冶金的方法制备。按上述比例配料后，经球磨混料、还原、压制、烧结等工序制成坯；然后将坯锭包套经拔长锻造、鐓粗锻造、拔长锻造、旋锻等工序，制得高横向塑性、高强耐热MoHfTiBC系钼合金。这样获得的合金材料，首先可以使合金棒材加工纤维组织紊乱，各向异性减弱，有利于横向塑性的提高；其次，晶粒间残余的O、N含量极低，Ti、Zr元素与C形成纳米难熔的碳化物颗粒，B与C、O分别形成高熔点的纳米弥散分布的BC,B₂O₃与BN，以方便高耐热弥散分布的氧化物和碳化物应够有效钉扎晶界运动，显著提高合金的高温强度，同时也使晶界处的N、O含量显著降低，减小合金脆性，提高横向塑性；再者，C和O形成CO₂进一步降低晶界处的氧含量，进一步提高合金横向塑性，且分别形成熔点高的BC,B₂O₃与BN耐热纳米弥散分布颗粒，除能够显著提高合金高温强度，还能够阻碍裂纹的扩展，再一次高MoHfTiBC系钼合金的横向塑性。此外，一部分的Hf和Ti固溶在钼基体中，起到固溶强化效果。

综上所述，本发明合金组分合理，合金化程度高、生产成本低廉，适于工业化生产，可以替代现有电子电气工业上用做电子管阴极、高压整流元件、火箭喷管喉衬、核能源设备上的辐射罩、支撑架等所需的钼合金材料。

附图说明

图1：MoHfTiBC合金棒材弯曲性能测试示意图；

图2：MoHfTiBC合金棒材截取方位示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明公开的高横向塑性、高强耐热的MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.4％，Hf0.1％，B 0.02％，C 0.012％，余量为Mo。

按照上述比例进行配料后，经球磨混料、还原、压制、烧结等工序制坯；坯锭包套拔长锻造、鐓粗锻造、拔长锻造、旋锻，获得的棒材性能如表1所示：

表1

实施例2

本发明公开的高横向塑性、高强耐热的MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.4％，Hf0.13％，B 0.02％，C 0.05％，余量为Mo。

按照上述比例进行配料后，经球磨混料、还原、压制、烧结等工序制坯；坯锭包套拔长锻造、鐓粗锻造、拔长锻造、旋锻，获得的棒材性能如表2所示：

表2

实施例3

本发明公开的高横向塑性、高强耐热的MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.5％，Hf0.14％，B 0.03％，C 0.015％，余量为Mo。

按照上述比例进行配料后，经球磨混料、还原、压制、烧结等工序制坯；坯锭包套拔长锻造、鐓粗锻造、拔长锻造、旋锻，获得的棒材性能如表3所示：

表3

实施例4

本发明公开的高横向塑性、高强耐热的MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.5％，Hf0.18％，B 0.04％，C 0.018％，余量为Mo。

按照上述比例进行配料后，经球磨混料、还原、压制、烧结等工序制坯；坯锭包套拔长锻造、鐓粗锻造、拔长锻造、旋锻，获得的棒材性能如表4所示：

表4

*横向塑性的测试方法：

不同规格的MoHfTiBC系钼合金棒材的室温横向塑性的测量是在自制的一套弯曲模具中进行的。图1示出了Mo合金棒材弯曲性能测试示意图。图2示出了Mo合金棒材取样方式的示意图。待测的试样为沿着棒材横向切割的板条(Lmm×4mm×2mm，其中L为弯曲样品的长度，L≤30mm，与Mo棒样品的直径有关)。弯曲模具的凹圆弧形模块(下模冲)和凸圆弧形模块(上模冲)的直径的直径分别为：1000mm、400mm、200mm、133.33mm、100mm、66.67mm、50mm、33.33mm、25mm、20mm、12.5mm、10mm和8mm。将待测试样放入下模冲中，压上上模冲，加压使Mo合金条弯曲，并与下模冲内表面完全吻合，将在上述过程中没有出现裂纹的Mo合金条再依次放入R(上、下模冲的曲率半径)较小的下模冲模中，重复上述过程，直到某一个R值下Mo条断裂为止，记下断裂时的R。此时变形量可由下式计算得出：

δ＝{[2π(R+a/2)-2πR]/2πR}×100％＝(d/2R)×100％

上式中：δ为伸长率，d为试样的厚度，R为上、下模冲的曲率半径。

Claims (3)

1.一种MoHfTiBC系钼合金，其特征在于，所述MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.3％-0.8％，Hf 0.05％-0.25％，B 0.01％-0.10％，C 0.01％-0.09％，余量为Mo。

2.如权利要求1所述的MoHfTiBC系钼合金，其特征在于，所述MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.4％-0.6％，Hf 0.05％-0.20％，B 0.01％-0.06％，C0.01％-0.09％，余量为Mo。

3.如权利要求2所述的MoHfTiBC系钼合金，其特征在于，所述MoHfTiBC系钼合金由如下质量百分比的组分组成：Ti 0.5％，Hf0.18％，B 0.04％，C 0.018％，余量为Mo。