CN116574951A - 一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，该方法包括：一、将钼粉料和铼粉料混合后依次进行压制、烧结得到钼铼合金坯；二、将钼铼合金坯依次进行电弧熔炼和电子束熔炼得到钼铼合金铸锭；三、将钼铼合金铸锭依次进行热挤压和轧制得到钼铼合金锻棒；四、将钼铼合金锻棒进行真空热处理得到再结晶态的钼铼合金；五、将再结晶态的钼铼合金进行室温预拉伸变形或室温预压缩变形，获得不同密度的变形孪晶。本发明通过对钼铼合金成分选择和工艺设计，并结合室温预拉伸变形或室温预压缩变形，调控了钼铼合金中变形孪晶的密度，有效改善钼铼合金的室温力学性能。
Description
技术领域
本发明属于钼铼合金微观组织设计技术领域，具体涉及一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法。
背景技术
钼在室温下是典型的体心立方结构，具有较高的韧脆转变温度。一方面，纯钼在室温下的韧性很差，加工难度很高。而另一方面，钼的高温力学性能稳定且价格相对低廉。大量的研究通过合金化、第二相掺杂及工艺设计等方式来提升钼的室温塑性。其中，行之有效的方式是通过添加合金元素铼形成二元钼铼合金。钼铼合金的力学性能与铼含量的关系密切：在铼含量较少的时候，合金的室温强度得以提升，但对室温塑性的影响不大；当铼含量高于27％(原子比)时，合金的室温塑性得以显著提升。研究表明，该含量钼铼合金的韧脆转变温度显著降低(低于室温)，室温拉伸塑性可达30％左右，学者将这种现象称之为“铼效应”。
目前的研究认为，铼的添加显著降低了钼的孪晶形核所需的临界应力。在高铼含量的合金中，孪晶的形核变得容易。位错和孪晶的交互作用，显著提升了高铼钼铼合金的室温力学性能。尽管如此，孪晶的密度如何控制仍然是个棘手的问题。现有的技术主要通过冲击载荷的作用，在钼铼合金中引入孪晶。这种加载方式虽然可以在合金中引入孪晶，但由于载荷的瞬间特征导致引入的孪晶条带分布不均匀，且无法控制其密度。因此，需要提供一种调控钼铼合金孪晶密度的方法。
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，提供一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法。该方法通过对钼铼合金成分选择和工艺设计，获得再结晶态的钼铼合金并进行室温预拉伸变形或室温预压缩变形，使其晶粒内部均出现栾晶形核现象，且孪晶片层与基体呈特定的取向关系，获得不同密度的变形孪晶，从而调控了钼铼合金中变形孪晶的密度，有效改善钼铼合金的室温力学性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将钼粉料和铼粉料混合后依次进行压制、烧结，得到钼铼合金坯；
步骤二、将步骤一中得到的钼铼合金坯依次进行电弧熔炼和电子束熔炼，得到钼铼合金铸锭；
步骤三、将步骤二中得到的钼铼合金铸锭依次进行热挤压和轧制，得到钼铼合金锻棒；
步骤四、将步骤三中得到的钼铼合金锻棒进行真空热处理，得到再结晶态的钼铼合金；
步骤五、将步骤四中得到的再结晶态的钼铼合金进行室温预拉伸变形或室温预压缩变形，获得不同密度的变形孪晶。
上述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤一中所述钼铼合金坯中钼的原子比为67％～70％，余量为铼，记作Mo70Re30。本发明通过控制钼铼合金坯中各元素的原子比，使得钼铼合金中的孪晶形核应力大幅度降低，在变形过程中容易形成孪晶，从而便于调控其密度。
上述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤一中所述钼粉料和铼粉料的质量纯度均为99.97％以上，费氏粒度为2.5μm～5.0μm；所述混合采用的转速为80r/min～90r/min，时间为6h。
上述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤一中所述压制采用冷等静压成型处理，压力为180MPa～200MPa，保压时间为60min～70min。
上述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤一中所述烧结采用氢气气氛保护，且烧结的温度为2100℃～2250℃，保温时间为5h。
上述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤二中所述电弧熔炼的过程中，熔炼炉内的真空度为1.2×10-2Pa～1.6×10-2Pa，直流电弧的电流为3900A～3980A，电压为35V～40V，外加磁场进行搅拌，且经电弧熔炼获得的铸锭直径为80mm～82mm；所述电子束熔炼的过程中，熔池区域的真空度为6.0×10-3Pa～7.6×10-3Pa，电子束电流为6A～6.5A，加速电压为23kV～24kV，电子束功率为138kW～156kW，且钼铼合金铸锭的直径为78mm～80mm。
上述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤三中所述热挤压过程中的加热温度为1450℃～1550℃，保温时间为10min～15min，挤压比为4；所述轧制过程中的加热温度为1450℃～1550℃，保温时间为10min～15min，变形率为10％～15％。
上述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤四中所述真空热处理的温度为1550℃±15℃，升温速率为30℃/min，时间为120min。通过控制真空热处理的温度高于钼铼合金的再结晶温度，有效消除先前热加工带来的应力集中现象。
上述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤五中所述室温预拉伸变形采用的样品为直径3.0mm～3.1mm、长度30mm～31mm的棒状，且变形温度为25℃～27℃，变形速率为0.03mm/s，应变量为20％。本发明通过对室温预拉伸变形采用的样品形状及尺寸进行限定，以与标准拉伸样的尺寸一致，方便后续测试，通过限定变形温度为室温、变形速率为0.03mm/s以保证室温预拉伸变形尽可能均匀，结合限定应变量为20％以防止样品发生局域变形。
上述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤五中所述室温预压缩变形采用的样品为直径3.0mm～3.1mm、长度6mm～6.2mm的圆柱状，且变形温度为25℃～27℃，变形速率为0.03mm/s，应变量为20％。本发明通过对室温预压缩变形采用的样品形状及尺寸进行限定，以与标准压缩样的尺寸一致，方便后续测试。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明依次采用压制烧结、熔炼、热挤压、锻造和真空热处理，通过对钼铼合金成分选择和工艺设计，获得再结晶态的钼铼合金，然后通过室温预拉伸变形或室温预压缩变形的方式，使得再结晶态的钼铼合金的晶粒内部均出现栾晶形核现象，且孪晶片层与基体呈特定的取向关系，获得不同密度的变形孪晶，从而调控了钼铼合金中变形孪晶的密度，后续变形中栾晶片层与位错之间相互交割，提升了钼铼合金的力学性能，尤其是塑性变形能力。
2、本发明的室温预拉伸变形或室温预压缩变形工艺简便且易于操作，为改进钼铼合金显微组织和室温力学性能提供可能，通过室温不同应力状态下的变形，实现对钼铼合金变形孪晶密度的调控，有效改善钼铼合金的室温力学性能。
3、本发明通过控制应力状态，调控钼铼合金内部的变形孪晶密度，对于室温预拉伸变形后的Mo70Re30合金而言，晶粒内部变形孪晶的平均密度约为4/晶粒；对于室温预压缩变形后的Mo70Re30合金而言，晶粒内部变形孪晶的平均密度约为2/晶粒；通过两种应力状态下的孪晶密度可知，单轴拉伸变形更易促进孪晶的形核。
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为本发明实施例1与实施例2制备的再结晶态的钼铼合金的能谱点扫图。
图2为本发明实施例1与实施例2制备的再结晶态的钼铼合金的X射线衍射图。
图3为本发明实施例1与实施例2制备的再结晶态的钼铼合金的EBSD图。
图4为本发明实施例1与实施例2制备的再结晶态的钼铼合金的取向差分布图。
图5为本发明实施例1中经室温预拉伸变形的钼铼合金的EBSD图。
图6为本发明实施例1中经室温预拉伸变形的钼铼合金的取向差分布图。
图7为本发明实施例2中经室温预压缩变形的钼铼合金的BC图。
图8为本发明实施例2中经室温预压缩变形的钼铼合金的EBSD图。
图9为本发明实施例2中经室温预压缩变形的钼铼合金的取向差分布图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将钼粉料和铼粉料混合后依次进行压制、烧结，得到钼铼合金坯；所述钼铼合金坯中钼的原子比为67％～70％，余量为铼，记作Mo70Re30；所述钼粉料和铼粉料的质量纯度均为99.97％以上，费氏粒度为2.5μm～5.0μm；所述混合采用的转速为80r/min～90r/min，时间为6h；所述压制采用冷等静压成型处理，压力为180MPa～200MPa，保压时间为60min；所述烧结采用氢气气氛保护，且烧结的温度为2100℃～2250℃，保温时间为5h；
步骤二、将步骤一中得到的钼铼合金坯依次进行电弧熔炼和电子束熔炼，得到钼铼合金铸锭；所述电弧熔炼的过程中，熔炼炉内的真空度为1.2×10-2Pa～1.6×10-2Pa，直流电弧的电流为3900A～3980A，电压为35V～40V，外加磁场进行搅拌，且经电弧熔炼获得的铸锭直径为80mm～82mm，其中头部直径为82mm，尾部直径为80mm；所述电子束熔炼的过程中，熔池区域的真空度为6.0×10-3Pa～7.6×10-3Pa，电子束电流为6A～6.5A，加速电压为23kV～24kV，电子束功率为138kW～156kW，且钼铼合金铸锭的直径为78mm～80mm，其中头部直径为80mm,尾部直径为78mm；
步骤三、将步骤二中得到的钼铼合金铸锭依次进行热挤压和轧制，得到钼铼合金锻棒；所述热挤压过程中的加热温度为1550℃，保温时间为10min，挤压比为4；所述轧制过程中的加热温度为1550℃，保温时间为10min，变形率为10％～15％；
步骤四、将步骤三中得到的钼铼合金锻棒进行真空热处理，得到再结晶态的钼铼合金；所述真空热处理的温度为1550℃±15℃，升温速率为30℃/min，时间为120min；
步骤五、将步骤四中得到的再结晶态的钼铼合金进行室温预拉伸变形，获得高密度的变形孪晶；所述室温预拉伸变形采用的样品为直径3.0mm～3.1mm、长度30mm～31mm的棒状，且变形温度为25℃～27℃，变形速率为0.03mm/s，应变量为20％。
本实施例步骤三中热挤压和轧制的加热温度还可替换为1450℃，对应保温时间替换为15min。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处为：步骤五中将再结晶态的钼铼合金进行室温预拉伸变形，获得高密度的变形孪晶；所述室温预压缩变形采用的样品为直径3.0mm～3.1mm、长度6mm～6.2mm的圆柱状，且变形温度为25℃～27℃，变形速率为0.03mm/s，应变量为20％。
图1为本发明实施例1与实施例2制备的再结晶态的钼铼合金的能谱点扫图，从图1可以看出，该再结晶态的钼铼合金中钼的原子比为67.83％，余量为铼，符合设定值。
图2为本发明实施例1与实施例2制备的再结晶态的钼铼合金的X射线衍射图，图2中2θ的峰值依次代表了110，200，211和220这四组典型BCC的晶面，说明本发明实施例1与实施例2制备的再结晶态的钼铼合金均为单相BCC固溶体。
图3为本发明实施例1与实施例2制备的再结晶态的钼铼合金的EBSD图，从图1可以看出，该再结晶态的钼铼合金的晶粒尺寸较为统一，且主要为100取向的晶粒。
图4为本发明实施例1与实施例2制备的再结晶态的钼铼合金的取向差分布图，图中取向差小于5度的体积分数占最多数(36％)，取向差为60度附近的占极少数(约为2％)。
图5为本发明实施例1中经室温预拉伸变形的钼铼合金的EBSD图，从图5可知，本实施例中经室温预拉伸变形的钼铼合金的平均孪晶密度为4/晶粒。
图6为本发明实施例1中经室温预拉伸变形的钼铼合金的取向差分布图，其中取向差小于5度的体积分数仍占最多数(41％)，取向差为60度附近的体积分数显著增加(约为32％)。
图7为本发明实施例2中经室温预压缩变形的钼铼合金的BC图，从图7可以看出，经室温预压缩变形的钼铼合金的晶粒内部产生一些黑色条带。
图8为本发明实施例2中经室温预压缩变形的钼铼合金的EBSD图，从图8可知，本实施例中经室温预压缩变形的钼铼合金的平均孪晶密度为2/晶粒。
图9为本发明实施例1中经室温预压缩变形的钼铼合金的取向差分布图，其中取向差小于5度的体积分数占最多数(21％)，取向差为60度附近的体积分数显著增加(约为16％)。
将本发明实施例1与实施例2进行比较可知，本发明通过控制钼铼合金的室温预拉伸或与压缩变形的应力状态，调控钼铼合金内部的变形孪晶密度，同时，通过两种应力状态下的孪晶密度可知，单轴拉伸变形更易促进孪晶的形核。
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 (10)
1.一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将钼粉料和铼粉料混合后依次进行压制、烧结，得到钼铼合金坯；
步骤二、将步骤一中得到的钼铼合金坯依次进行电弧熔炼和电子束熔炼，得到钼铼合金铸锭；
步骤三、将步骤二中得到的钼铼合金铸锭依次进行热挤压和轧制，得到钼铼合金锻棒；
步骤四、将步骤三中得到的钼铼合金锻棒进行真空热处理，得到再结晶态的钼铼合金；
步骤五、将步骤四中得到的再结晶态的钼铼合金进行室温预拉伸变形或室温预压缩变形，获得不同密度的变形孪晶。
2.根据权利要求1所述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤一中所述钼铼合金坯中钼的原子比为67％～70％，余量为铼，记作Mo70Re30。
3.根据权利要求1所述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤一中所述钼粉料和铼粉料的质量纯度均为99.97％以上，费氏粒度为2.5μm～5.0μm；所述混合采用的转速为80r/min～90r/min，时间为6h。
4.根据权利要求1所述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤一中所述压制采用冷等静压成型处理，压力为180MPa～200MPa，保压时间为60min～70min。
5.根据权利要求1所述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤一中所述烧结采用氢气气氛保护，且烧结的温度为2100℃～2250℃，保温时间为5h。
6.根据权利要求1所述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤二中所述电弧熔炼的过程中，熔炼炉内的真空度为1.2×10-2Pa～1.6×10-2Pa，直流电弧的电流为3900A～3980A，电压为35V～40V，外加磁场进行搅拌，且经电弧熔炼获得的铸锭直径为80mm～82mm；所述电子束熔炼的过程中，熔池区域的真空度为6.0×10-3Pa～7.6×10-3Pa，电子束电流为6A～6.5A，加速电压为23kV～24kV，电子束功率为138kW～156kW，且钼铼合金铸锭的直径为78mm～80mm。
7.根据权利要求1所述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤三中所述热挤压过程中的加热温度为1450℃～1550℃，保温时间为10min～15min，挤压比为4；所述轧制过程中的加热温度为1450℃～1550℃，保温时间为10min～15min，变形率为10％～15％。
8.根据权利要求1所述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤四中所述真空热处理的温度为1550℃±15℃，升温速率为30℃/min，时间为120min。
9.根据权利要求1所述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤五中所述室温预拉伸变形采用的样品为直径3.0mm～3.1mm、长度30mm～31mm的棒状，且变形温度为25℃～27℃，变形速率为0.03mm/s，应变量为20％。
10.根据权利要求1所述的一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法，其特征在于，步骤五中所述室温预压缩变形采用的样品为直径3.0mm～3.1mm、长度6mm～6.2mm的圆柱状，且变形温度为25℃～27℃，变形速率为0.03mm/s，应变量为20％。
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