CN111118422A - 一种高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法，属于金属材料制备领域。合金的基本组成包括：25～45wt.％的钨、15～25wt.％的钴、余量为镍和不可避免的杂质。制备细晶合金板材包括以下步骤：1)制备铸锭；2)热锻开坯；3)热轧；4)固溶热处理。采用本发明热轧制备方法可降低对设备能力的要求，可以获得晶粒均匀细小的高钨高钴的镍合金板材，填补了国内外高钨高钴的镍合金细晶板材热轧工艺的空白，为通过旋压、冲压等工艺获得药型罩毛坯提供了合格的板材，同时还具有生产效率高、工艺稳定性好、成本低和易于实现工业化生产等优点。

Description

一种高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制造领域。更具体地，涉及一种高钨高钴的镍合金细晶板材的制造方法。
背景技术
本发明涉及的高钨高钴的镍合金属于一种镍基单相合金，基体元素包括镍、钴、钨。高钨高钴的镍合金具有密度大、声速高、断裂延性高等优点，非常适宜制备药型罩。制备药型罩的加工方式有：旋压、冲压、摆碾、模锻、挤压等，其中旋压、冲压加工均需要板材坯料，合金板材一般通过热轧的方式制备。
与常规材料相比，由于大量钨(≥25wt.％)、钴(≥15wt.％)元素的加入，使得合金在常温下强度和硬度都很大，塑性等指标很差。高钨高钴的镍合金塑性变形难点主要有：(1)强度和形变硬化指数很高，这是因为钨、钴含量高，使合金得到显著强化，导致合金加工过程中变形抗力很大，可达到钢材的4倍以上，且在高温下的形变硬化指数比一般钢材也高出很多；(2)塑性较差，由于钨、钴含量高，使合金得到显著强化，同时也导致合金塑性较低，在低温下高钨镍甚至无法塑性变形；(3)热加工温度区间相对较窄，一方面由于大量钨、钴元素的加入导致合金的熔点降低，另一方面为了得到均匀的变形组织往往要求需要在再结晶温度以上进行塑性变形，而高钨高钴的镍合金再结晶温度又比较高，从而导致其热加工温度区间较窄，若控制不好温度会造成加工后组织和性能极差。(4)高钨高钴的镍合金在加热过程中没有重结晶现象，若开坯后组织性能无法满足实际需要，则无法通过相变重结晶的方式来改善组织，改善内部组织就只能依靠变形过程中的回复再结晶，而再结晶组织的均匀性直接取决于变形工艺。综上所述，高钨高钴的镍合金变形非常困难，合金的加工难度极高，为实现高钨高钴的镍合金的顺利加工，热加工工艺非常重要。
2011年，美国US7921778B2专利公布了一种高钨高钴的镍合金成分，具有密度大、声速高、断裂延性高等优点，非常适宜制备药型罩。美国专利中获得的冷轧退火高钨高钴的镍合金板材，制备工艺路线轧制10％-40％(优选20％至25％)，在800℃-1200℃间退火1小时，晶粒度为2.5级，但未说明与晶粒均匀性相关的晶粒度级差；抗拉强度为834.5MPa，屈服强度为533.5MPa，延伸率60％。但是冷变形工艺合金抗力极大，对设备能力要求很高，模具尺寸和模具材料要求也很高，而且还需配合退火工艺才能获得尺寸均匀的晶粒，工艺相对复杂。至今国内尚未发现任何有关高钨高钴镍合金的研究，更未发现热轧板材制备方法和晶粒均匀性控制的研究。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种高钨高钴的镍合金细晶板材热轧工艺，使制备的高钨高钴的镍合金板材表面无裂纹，尺寸达到要求，晶粒细小均匀，且各项性能一致性好。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)制备高钨高钴的镍合金铸锭；
2)对铸锭进行热锻开坯；
3)将步骤2)得到的坯料进行热轧变形；
4)对步骤3)得到的热变形坯料进行固溶退火处理。
进一步地，所述步骤1)中采用真空感应熔炼的方式制备铸锭，高钨高钴的镍合金的基本化学成分为：25～45wt.％的钨，15～25wt.％的钴，余量为镍和不可避免的残余元素。
进一步地，所述步骤2)锻造开坯的步骤为：
a)对铸锭进行均匀化处理，加热温度1150～1250℃，保温时间10～60h；
b)将步骤a)得到的铸锭加热至1200～1250℃，保温1～3h；
c)对步骤b)得到的铸锭进行锻造，每火次变形量10～30％，终锻温度≥1000℃，回炉再烧时间30～120min，锻后空冷。
进一步地，所述步骤3)热轧变形的步骤为：
a)将坯料加热，加热温度为1150～1250℃，保温时间根据坯料厚度按1.5min/mm+5～10min计算；
b)进行热轧，热轧过程道次的压下量5～15％，热轧终轧温度≥1000℃，回炉温度为1150～1250℃，保温时间根据坯料厚度按1.5min/mm+5～10min计算，最终火次的变形量≥20％。
进一步地，所述步骤4)对板材进行固溶退火处理，退火需在惰性气氛中，退火温度950～1100℃，保温时间根据板材厚度按1.5min/mm+10～15min计算。
本发明提供的一种高钨高钴的镍合金细晶板材热轧工艺，填补了国内外高钨高钴的镍合金细晶板材热轧工艺的空白，可降低对设备能力的要求，可获得晶粒均匀细小的高钨高钴的镍合金板材，晶粒度可以达到6级，远远超过美国专利公布的数据，而且晶粒度级差不大于2级，超声波探伤可以达到A级，同时还具有生产效率高、工艺稳定性好、成本低和易于实现工业化生产等优点。
本发明和现有技术相比所具有的有益效果在于：
1)开发了高钨高钴的镍合金细晶板材热轧工艺，填补国内外空白；
2)本发明合金通过真空感应熔炼，然后真空浇铸以形成坯锭，与冷变形退火制备方式相比，对设备能力要求较低、效率更高、成本更低；
3)本发明制备的高钨高钴的镍合金细晶板材，表面无裂纹，尺寸达到要求，组织均匀，晶粒细小可以达到6级，且各项性能一致性好，晶粒度级差不大于2级，为下一步通过旋压、冲压制备药型罩毛坯提供了合格的板材。
附图说明
图1为本发明实施例制备的高钨高钴的镍合金细晶板材照片；
图2为本发明实施例制备的高钨高钴的镍合金细晶板材的金相照片。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
1)一个示例性高钨高钴的镍合金，以质量百分比计，含有：37％钨和19％的钴和余量的镍。
2)按照步骤1)所述合金的元素配比称取原材料，包括：金属钨条、金属钴板及金属镍板，在真空感应炉中熔炼，浇铸成25kg铸锭。
3)将步骤2)得到的高钨高钴的镍合金铸锭在加热炉加热，加热温度1200℃，保温时间2h，然后进行锻造，每火次变形量控制在25％～40％，经过4火次锻造锻成40*100mm的板坯，变形设备为750Kg空气锤。
4)将步骤3)得到的高钨高钴的镍合金板坯放到加热炉中加热，加热温度1200℃，保温时间65min，在轧机上进行热轧，单道次变形量控制在10％，终轧温度1000～1050℃，回炉保温温度1200℃，保温时间按1.5min/mm+10～15min计算，经4火次轧制获得厚度8mm的板材。
5)将步骤4)得到的高钨高钴的镍合金板材放到加热炉中固溶退火，加热温度1000℃，保温时间45min。
将本实施例制备的高钨高钴的镍合金进行检验，结果表明：晶粒度为7级(图2所示)，抗拉强度为840MPa，屈服强度为537MPa，延伸率为60％。
综上所述，本发明实施例提供了一种高钨高钴的镍合金细晶板材制备工艺，制备的板材表面无裂纹，尺寸达到要求，晶粒细小均匀，且各项性能一致性好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方案，但本发明的保护范围并不局限于此，凡是利用本发明所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)制备高钨高钴的镍合金铸锭；
2)对铸锭进行热锻开坯；
3)将步骤2)得到的坯料进行热轧变形；
4)对步骤3)得到的热变形坯料进行固溶退火处理。
2.根据权利要求1所述的高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法，其特征在于所述步骤1)中采用真空感应熔炼的方式制备铸锭，高钨高钴的镍合金的基本化学成分为：25～45wt.％的钨，15～25wt.％的钴，余量为镍和不可避免的残余元素。
3.根据权利要求1所述的高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法，其特征在于，所述步骤2)锻造开坯的步骤为：
a)对铸锭进行均匀化处理，加热温度1150～1250℃，保温时间10～60h；
b)将步骤a)得到的铸锭加热至1200～1250℃，保温1～3h；
c)对步骤b)得到的铸锭进行锻造，每火次变形量10～30％，终锻温度≥1000℃，回炉再烧时间30～120min，锻后空冷。
4.根据权利要求1所述的高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法，其特征在于，所述步骤3)热轧变形的步骤为：
a)将坯料加热，加热温度为1150～1250℃，保温时间根据坯料厚度按1.5min/mm+5～10min计算；
b)进行热轧，热轧过程道次的压下量5～15％，热轧终轧温度≥1000℃，回炉温度为1150～1250℃，保温时间根据坯料厚度按1.5min/mm+5～10min计算，最终火次的变形量≥20％。
5.根据权利要求1所述的高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法，其特征在于，所述步骤4)对板材进行固溶退火处理，退火需在惰性气氛中，退火温度950～1100℃，保温时间根据板材厚度按1.5min/mm+10～15min计算。
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