CN108070804A - 一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，该方法首先将低密度铌合金进行高温固溶处理，然后再加工变形20％～40％，最后在固溶温度以下进行淬火处理。本发明根据低密度铌合金的特点，结合第二相析出规律机制，避免TiC在晶界析出，在晶内聚集长大。本发明通过该热处理方法可获得TiC相在整个基体弥散、细小析出的合金材，实现对低密度铌合金组织结构、性能的最优化调控。

Description

一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法
技术领域
本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法。
背景技术
铌合金是难熔金属中密度最小的材料，室温塑性好，焊接性能优异，1100℃～1650℃下仍有较高的强度，在航天飞行器、卫星、导弹、火箭等高温结构部位都有广泛的应用。
为满足航空航天更高比强度的要求，西北有色金属研究院研发出新型低密度铌合金，由以下质量百分数的成分组成：Ti 26％～35％，Al 4％～10％，V 5％～10％，Zr 0.5％～5％，Mo 0～5％，C 0.01％～0.1％，余量为Nb和不可避免的杂质，所述低密度铌合金的密度为5.5g/cm3～6.4g/cm3，利用Nb和Ti可以无限固溶的特征，以Nb-Ti为基，添加一定量的Al，进一步降低密度；添加少量Zr、V、Cr等元素，实现固溶强化；添加少量C元素，与基体中的Ti结合形成TiC，实现第二相弥散强化。该类合金为bcc体心立方结构，比镍基合金密度低、熔点高、强度高，焊接性能优良，抗蚀性强，具有较高的比强度，已成为中等温度结构件的候选材料。
根据第二相粒子理论，添加TiC可阻碍位错运动，提高合金的塑性变形抗力，第二相颗粒越细小、越弥散，对合金的强度提高越明显。目前低密度铌合金均是满足高温条件下的使用要求，需在较高温度下热加工或退火，若处理不当，会促使第二相在晶界区域析出，在晶内聚集长大，如附图1所示，为低密度铌合金显微金相组织图，从图中很明显可观察到，1150℃下保温60min，第二相明显沿晶界析出、长大。第二相沿晶界析出，会导致裂纹沿晶界萌生与扩展。在晶界上形成富集区的同时在晶界两边出现贫化区，严重时会导致合金塑性迅速下降，甚至发生脆断。为此，需要发展一种新的、可行性较强的热处理技术，通过该技术一方面促进第二相在整个金属基体中弥散析出，另一方面尽量降低第二相的析出长大，满足低密度铌合金的服役要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供为了一种低密度铌合金的热处理方法。该热处理方法解决低密度铌合金热加工或热处理时容易导致TiC相沿晶界析出的问题，本发明的热处理方法结合低密度铌合金中TiC析出规律机制，提供了一种第二相弥散析出热处理方法。通过该方法，可获得TiC在晶内弥散、细小析出的组织结构，从而保证合金强度、塑性，实现对低密度铌合金组织结构、性能的最优化调控。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，其特征在于：该方法为：首先将低密度铌合金进行高温固溶处理，然后再加工变形，最后在低密度铌合金中杂质C元素的固溶温度1250℃以下进行淬火处理。
本发明所用的低密度铌合金由以下质量百分数的成分组成：Ti 26％～35％，Al4％～10％，V 5％～10％，Zr 0.5％～5％，Mo 0～5％，C 0.01％～0.1％，余量为Nb和不可避免的杂质，所述低密度铌合金的密度为5.5g/cm3～6.4g/cm3。
上述一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，其特征在于：所述高温固溶处理的温度为1250℃～1450℃，保温时间为1h～3h；所述加工变形的变形量为20％～40％；所述淬火处理的方式为水淬，所述水淬的温度为1050～1250℃，时间为10min～30min。
上述一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，其特征在于：所述高温固溶处理的温度为1350℃，保温时间为2h；所述加工变形的变形量为30％；所述淬火处理的温度为1200℃，保温时间为20min。
上述的一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，所述淬火处理后的低密度铌合金的室温抗拉强度为856MPa～1050MPa，延伸率为12.5％～22％，1100℃下的抗拉强度为82MPa～106MPa。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明根据低密度铌合金TiC析出规律，首先对低密度铌合金进行固溶处理，让析出相的主要形成元素C全部回溶到基体中，然后经过加工变形，组织得到细化，最后加热到低密度铌合金中C元素的固溶温度以下进行水淬，这样便可避免第二相在晶界析出、晶内长大，而在整个基体上均匀析出。通过上述方法处理的低密度铌合金，室温抗拉强度为856MPa～1050MPa，延伸率为12.5％～22％，1100℃下抗拉强度为82MPa～106MPa，保证低密度铌合金在后续加工及高温服役下的强度。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
附图说明
图1为低密度铌合金经现有方法热处理后的显微金相组织图。
图2为低密度铌合金经本发明实施例1热处理后的显微金相组织图。
图3为低密度铌合金经本发明实施例2热处理后的显微金相组织图。
图4为低密度铌合金经本发明实施例3热处理后的显微金相组织图。
具体实施方式
实施例1
将Φ125×500mm的低密度铌合金棒材在温度为1350℃下保温2h，完成高温固溶处理，然后锻造得到Φ110×568mm的低密度铌合金棒材，加工变形量为22％，最后在温度为1200℃的条件下保温20min进行水淬。所述低密度铌合金由以下质量百分数的成分组成：Ti31％，Al 7％,V 6％，Zr 1.5，C 0.06％，余量为Nb和不可避免的杂质，所述低密度铌合金的密度为5.92g/cm3。
图2是经本实施例第二相弥散析出热处理后的低密度铌合金的显微金相组织图，从图上可以观察到：经本实施例第二相弥散析出热处理后的低密度铌合金的TiC颗粒在整个基体中弥散、细小析出，不似图1所示的TiC相沿晶界连续析出，在晶内聚集长大，因而显著提高合金塑性及强度，保证了低密度铌合金的高温应用。
经检测，经本实施例第二相弥散析出热处理后的低密度铌合金棒材的室温(20℃)抗拉强度为856MPa，延伸率22％，1100℃下抗拉强度89MPa。
实施例2
将Φ180×450mm低密度铌合金棒材在温度为1450℃下保温3h，完成高温固溶处理，然后锻造得到Φ139×583mm的低密度铌合金棒材，加工变形量为40％，最后在温度为1050℃保温30min水淬。所述低密度铌合金由以下质量百分数的成分组成：Ti 28％，Al6％，V 6％，Zr 0.5，Mo 1.5％，C 0.05％，余量为Nb和不可避免的杂质元素，所述低密度铌合金的密度为6.11g/cm3。
图3是经本实施例第二相弥散析出热处理后的低密度铌合金的显微金相组织图，从图上可以观察到：经本实施例第二相弥散析出热处理后的低密度铌合金的TiC颗粒在整个基体中弥散、细小析出，不似图1所示的TiC相沿晶界连续析出，在晶内聚集长大，因而显著提高合金塑性及强度，保证了低密度铌合金的高温应用。
经检测，经本实施例第二相弥散析出热处理后的低密度铌合金棒材的室温抗拉强度为1050MPa，延伸率12.5％，1100℃下抗拉强度106MPa。
实施例3
将Φ70×200mm低密度铌合金棒材在温度为1350℃下保温1h，完成高温固溶处理，然后锻造得到Φ58×241mm棒材，加工变形量为30％，最后在温度为1150℃保温15min水淬。所述低密度铌合金由以下质量百分数的成分组成：Ti 33％，Al 6％，V 8％，Zr 3％，C0.08％，余量为Nb，所述低密度铌合金的密度为5.83g/cm3。
图4是经本实施例第二相弥散析出热处理后的低密度铌合金的显微金相组织图，从图上可以观察到：经本实施例第二相弥散析出热处理后的低密度铌合金的TiC颗粒在整个基体中弥散、细小析出，不似图1所示的TiC相沿晶界连续析出，在晶内聚集长大，因而显著提高合金塑性及强度，保证了低密度铌合金的高温应用。
经检测，经本实施例第二相弥散析出热处理后的低密度铌合金棒材室温抗拉强度为967MPa，延伸率18.5％，1100℃下抗拉强度93MPa。
对比图1、图2、图3和图4，可以看出，采用现有常规热处理方得到的低密度铌合金的金相图如图1所示，TiC相沿晶界连续析出，在晶内聚集长大，而通过本发明的第二相弥散析出热处理方法后，第二相TiC颗粒在整个基体中弥散、细小析出，显著提高合金塑性及强度，保证了低密度铌合金的高温应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，其特征在于：该方法为：首先将低密度铌合金进行高温固溶处理，然后再加工变形，最后在低密度铌合金中杂质C元素的固溶温度1250℃以下进行淬火处理。
2.根据权利要求1所述一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，其特征在于：所述高温固溶处理的温度为1250℃～1450℃，保温时间为1h～3h；所述加工变形的变形量为20％～40％；所述淬火处理的方式为水淬，所述水淬的温度为1050～1250℃，时间为10min～30min。
3.根据权利要求1所述一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，其特征在于：所述高温固溶处理的温度为1350℃，保温时间为2h；所述加工变形的变形量为30％；所述淬火处理的温度为1200℃，保温时间为20min。
4.根据权利要求2所述的一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，所述淬火处理后的低密度铌合金的室温抗拉强度为856MPa～1050MPa，延伸率为12.5％～22％，1100℃下的抗拉强度为82MPa～106MPa。
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