CN116288092A - 一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，将铌合金铸锭在1600℃～1650℃下保温30min～1h，然后炉冷至1200℃～1240℃保温40h～50h。本发明在现有铌合金的制备过程中，先对铌合金铸锭进行热处理再进行后续加工，有效消除铌合金铸锭中的非平衡第二相的偏聚现象，促进铌合金铸锭中γ相的均匀分布，从而改善了铌合金铸锭的热加工性能，避免加工时由于应力集中容易发生脆断，在保证铌合金强度的同时，使得经热处理后的铌合金铸锭具有优良的塑性变形能力，保证后续加工的顺利进行，该热处理工艺简单，效果显著，对设备要求较低，适宜工业化生产和应用。
Description
技术领域
本发明属于合金热加工性能技术领域，具体涉及一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法。
背景技术
铌合金是难熔金属钨、钼、钽、铌中密度最小的材料。铌合金除了具有优异的室温塑性和焊接性能外，其高温性能优于钛合金和高温合金，可在1100℃～1650℃下服役使用，因此成为航空航天、火箭、核技术等高科技领域的高温结构件材料之一。
铌合金一般以铌金属为基体，通过添加钨、钼、锆等金属元素实现其固溶强化，为了进一步提高铌合金的高温强度和蠕变性能，通过添加一定量的碳元素，与基体形成第二相，通过第二相的均匀弥散分布协调合金中位错在晶粒中的运动情况，从而实现提高铌合金的高温强度和高温蠕变性能。若铌合金铸锭中生成非平衡第二相，在晶粒内部或晶界上形成富集，后续加工时由于应力集中容易发生脆断。因此，寻找一种能改进此类铌合金铸锭的热加工性能的方法，对于推动此类合金的工业化生产和应用具有现实意义。
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，提供一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法。该方法有效消除铌合金铸锭中的非平衡第二相的偏聚现象，促进铌合金铸锭中γ相的均匀分布，从而改善了铌合金铸锭的热加工性能，避免加工时由于应力集中容易发生脆断，保证后续加工的顺利进行。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，其特征在于，将铌合金铸锭在1600℃～1650℃下保温30min～1h，然后炉冷至1200℃～1240℃保温40h～50h。
上述的一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，其特征在于，将铌合金铸锭在1620℃～1640℃下保温40min～50min，然后炉冷至1210℃～1230℃保温42h～48h。
上述的一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，其特征在于，将铌合金铸锭在1630℃～1635℃下保温44min～46min，然后炉冷至1218℃～1222℃保温44h～45h。
上述的一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，其特征在于，将铌合金铸锭在1630℃下保温45min，然后炉冷至1220℃保温45h。
上述的一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，其特征在于，经热处理后的铌合金铸锭组织为均匀分布的γ相。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在现有铌合金的制备过程中，先对铌合金铸锭进行热处理再进行后续加工，有效消除铌合金铸锭中的非平衡第二相的偏聚现象，促进铌合金铸锭中γ相的均匀分布，从而改善了铌合金铸锭的热加工性能，避免加工时由于应力集中容易发生脆断，保证后续加工的顺利进行。
2、本发明通过控制热处理的工序及温度和时间，促进铌合金铸锭中γ相的均匀分布，从而根据铌锆合金中第二相碳化物的形成特点，改变第二相的分布状态，在保证铌合金强度的同时，使得经热处理后的铌合金铸锭具有优良的塑性变形能力，成型良好。
3、本发明的热处理工艺简单，效果显著，对设备要求较低，仅高温真空退火炉即可，适宜工业化生产和应用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有制备方法制备的铌合金铸锭的金相组织显微图。
图2为现有制备方法制备的铌合金棒材的宏观形貌图。
图3为本发明实施例1中经热处理后的铌合金铸锭的金相组织显微图。
图4为本发明实施例1制备的铌合金棒材的宏观形貌图。
具体实施方式
本发明在制备用于核反应堆燃料元件包壳的铌锆碳合金材料过程中发现，该铌锆碳合金铸锭中存在非平衡β相偏聚现象，铸锭难以锻造成型，影响后续加工过程的顺利进行。用于核反应堆燃料元件包壳的铌锆碳合金材料中主要合金元素为Nb、Zr、C等，按质量百分含量计为：Zr 1％～3％，C0.08％～0.12％，余量为Nb。该铌锆碳合金的现有制备方法包括以下步骤：
步骤一、按照目标产物铌锆碳合金的设计成分选择Nb、Zr和C粉末原料进行烧结，得到烧结条；
步骤二、将步骤一中得到的烧结条捆绑焊接成熔炼电极；
步骤三、将步骤二中得到的熔炼电极进行真空电子束熔炼，得到铌合金铸锭；
步骤四、对步骤三中得到的铌合金铸锭进行锻造，得到铌合金棒材。
图1为现有制备方法制备的铌合金铸锭的金相组织显微图，从图1可以看出，该铌合金铸锭中存在大量非平衡第二相β相的团簇和偏聚，这是由于合金溶液冷却速度较快，形成非平衡凝固和原子扩散不充分所致。
图2为现有制备方法制备的铌合金棒材的宏观形貌图，从图2可以看出，由于钛合金铸锭中大量非平衡第二相的偏聚，引起晶界及晶粒内部存在应力集中，该应力难以释放，在锻造加工时导致铌合金棒材开裂。
实施例1
本实施例的热处理过程为：将现有制备方法步骤三制备的铌合金铸锭置于高温真空退火炉中，先加热至1630℃并保温45min，然后炉冷至1220℃并保温45h，得到热处理后的铌合金铸锭；再将热处理后的铌合金铸锭进行锻造，得到铌合金棒材。
图3为本实施例中经热处理后的铌合金铸锭的金相组织显微图，从图3可以看出，铌合金铸锭中的非平衡第二相β相已经消失，实现了γ第二相的均匀化分布。
图4为本实施例制备的铌合金棒材的宏观形貌图，从图4可以看出，由于经热处理后的铌合金铸锭的热加工性良好，铌合金棒材极易成型，且无开裂现象。
将图1～图2与图3～图4进行比较可知，本发明通过对铌合金铸锭进行热处理，有效消除了铌合金铸锭中非平衡第二相β相的偏聚现象，实现γ相的均匀分布，改善了铌合金的热加工性能。
实施例2
本实施例的热处理过程为：将现有制备方法步骤三制备的铌合金铸锭置于高温真空退火炉中，先加热至1600℃并保温1h，然后炉冷至1200℃并保温50h，得到热处理后的铌合金铸锭；再将热处理后的铌合金铸锭进行锻造，得到铌合金棒材。
经检测，本实施例中经热处理后的铌合金铸锭中的非平衡第二相β相已经消失，实现了γ第二相的均匀化分布；本实施例中的铌合金棒材极易成型，且无开裂现象。
实施例3
本实施例的热处理过程为：将现有制备方法步骤三制备的铌合金铸锭置于高温真空退火炉中，先加热至1620℃并保温50min，然后炉冷至1210℃并保温48h，得到热处理后的铌合金铸锭；再将热处理后的铌合金铸锭进行锻造，得到铌合金棒材。
经检测，本实施例中经热处理后的铌合金铸锭中的非平衡第二相β相已经消失，实现了γ第二相的均匀化分布；本实施例中的铌合金棒材极易成型，且无开裂现象。
实施例4
本实施例的热处理过程为：将现有制备方法步骤三制备的铌合金铸锭置于高温真空退火炉中，先加热至1640℃并保温40min，然后炉冷至1230℃并保温43h，得到热处理后的铌合金铸锭；再将热处理后的铌合金铸锭进行锻造，得到铌合金棒材。
经检测，本实施例中经热处理后的铌合金铸锭中的非平衡第二相β相已经消失，实现了γ第二相的均匀化分布；本实施例中的铌合金棒材极易成型，且无开裂现象。
实施例5
本实施例的热处理过程为：将现有制备方法步骤三制备的铌合金铸锭置于高温真空退火炉中，先加热至1650℃并保温30min，然后炉冷至1240℃并保温40h，得到热处理后的铌合金铸锭；再将热处理后的铌合金铸锭进行锻造，得到铌合金棒材。
经检测，本实施例中经热处理后的铌合金铸锭中的非平衡第二相β相已经消失，实现了γ第二相的均匀化分布；本实施例中的铌合金棒材极易成型，且无开裂现象。
实施例6
本实施例的热处理过程为：将现有制备方法步骤三制备的铌合金铸锭置于高温真空退火炉中，先加热至1633℃并保温45min，然后炉冷至1220℃并保温44.5h，得到热处理后的铌合金铸锭；再将热处理后的铌合金铸锭进行锻造，得到铌合金棒材。
经检测，本实施例中经热处理后的铌合金铸锭中的非平衡第二相β相已经消失，实现了γ第二相的均匀化分布；本实施例中的铌合金棒材极易成型，且无开裂现象。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。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、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，其特征在于，将铌合金铸锭在1600℃～1650℃下保温30min～1h，然后炉冷至1200℃～1240℃保温40h～50h。
2.根据权利要求1所述的一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，其特征在于，将铌合金铸锭在1620℃～1640℃下保温40min～50min，然后炉冷至1210℃～1230℃保温42h～48h。
3.根据权利要求1所述的一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，其特征在于，将铌合金铸锭在1630℃～1635℃下保温44min～46min，然后炉冷至1218℃～1222℃保温44h～45h。
4.根据权利要求1所述的一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，其特征在于，将铌合金铸锭在1630℃下保温45min，然后炉冷至1220℃保温45h。
5.根据权利要求1所述的一种改善铌合金铸锭热加工性能的热处理方法，其特征在于，经热处理后的铌合金铸锭组织为均匀分布的γ相。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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