CN1236089C - Sgs钽材、钽制品及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种SGS钽材、钽制品及其生产方法，SGS钽材是成分中添加有50～150PPM的稀土金属元素并经过高温烧结或电子轰击及热处理而得到的微合金化材料。该方法是通过向钽粉中掺稀土元素，通过高温烧结或电子轰击得到掺杂钽锭，再经过锻压开坯、初轧、精轧、清洗、退火工序制得SGS钽板材。SGS钽板材通过下料、冲压拉伸、钻孔、焊接、铆接、车削加工工序制得SGS钽制品。用该方法生产的SGS钽材及其制品具有较好的高温性能，使用寿命提高一倍以上。
Description
本发明涉及稀有金属及其合金领域，特别是一种SGS(Stable GrainSize)钽材、钽制品及其生产方法，更具体地说，涉及用于高温状态下晶粒长大缓慢，组织结构稳定，保持良好的力学性能，使用寿命长的钽材、钽制品及其生产方法。
钽是稀有金属，具有熔点高、耐腐蚀、塑性好、化学活性高的特点。基于钽的以上特点，钽材及钽制品常用于高温下需要良好的强度和刚度的场合，如高温炉中的加热器件、隔热部件、装料器皿、支撑件和其他炉内的高温原材料。用普通钽材生产的各种制品，如坩埚、加热器、隔热屏等，使用寿命较短。这是因为钽是活性金属，凡是氧、碳、氮、氢等所谓的间隙元素，在一定温度和时间的作用下都会进入钽材中成为杂质，普通钽在高于它的再结晶温度以上长期使用时，由于炉体内情性气体的纯度有限和处理物料吸热后一些气体元素被逸出，加上钽材受热吸气的特性，炉内保护气体杂质和物料逸出的气体杂质被吸附在炉中的钽配件表面，吸附在炉中的钽配件表面的氧、氢转化为吸附态的氧、氢原子溶解于钽晶体之中，长时间在高温度作用下钽晶体载着日积月累的氧、氮原子而使钽晶格拓宽，体积膨胀、晶粒硬化，与此同时晶界中的氧、氮及氧化物、氮化物在长时间高温度下沿晶界迁移的联合作用下，使晶界空虚、晶体膨胀、晶粒脆化疏松等，最终使炉子钽配件被烧损脆化而报废，这对资源紧缺，价格昂贵的钽材及其制品是极为不利的，德国的斯达克(H.C.STARCK)公司提供给NRC公司用于炉子钽配件的SGS钽制品，采用真空电弧熔炼法生产SGS钽锭，再利用该钽锭加工成钽制品，钽坩埚寿命为3000炉次/1650℃·2小时，钽片加热器和钽隔热屏使用寿命大于1500炉次/1650℃·2小时。但钽是高熔点金属，利用电弧熔炼法生产SGS钽锭对设装置要求较高，生产成本高，不利于大规模工业化生产。
本发明的目的在于提供一种SGS钽材、钽制品及其生产方法，用这种方法生产的钽材及其钽制品在高温下不仅保持良好的力学性能，而且在高温下晶粒长大缓慢，保持稳定的晶体结构，使用寿命提高一倍以上。
本发明的目的是这样实现的：
一种SGS钽材，它是成分中添加有50～150PPM的稀土金属元素并经过高温烧结或电子轰击及热处理而得到的微合金化材料；
上述稀土合金元素是金属钇；
一种SGS钽材的生产方法，包括以下步骤：
(1)通过向钽粉中掺稀土元素，高温烧结或电子轰击得到掺杂钽锭；
(2)将得到的掺杂钽锭经过锻压开坯、初轧、精轧、清洗、退火工序制得SGS钽板材；
上述SGS钽板材的用途，以SGS钽材为原料，通过下料、冲压拉伸、钻孔、焊接、铆接、车削加工工序制得SGS钽制品；
上述SGS钽制品是高温真空炉用钽配件；
上述高温真空炉用钽配件包括钽坩埚、钽加热器、钽隔热屏、钽支撑架等。
用本发明的方法生产的SGS钽板及钽制品不但在高温具有良好的机械性能，而且高温使用寿命得到了大大提高，如钽坩埚的使用寿命达到了3000炉次/1650℃·2小时，钽加热器和钽隔热屏使用寿命达到1500炉次/1650℃·2小时。
附图1是本发明钽材及钽制品的加工工艺示意图。
以下结合附图通过实施例对本发明进行更详细的描述：
实施例1：
在钽粉中添加110ppm的稀土合金元素——金属钇，按照图1流程进行混料、装粉，通过烧结成形的方法生产出直径为28mm的钽锭，烧结温度控制在2000-2500℃，时间4-6小时，将掺钇钽锭锻压为25mm的锻坯，在温度为1200℃下真空退火，保温150分，对退火钽锭进行初轧，道次加工率是锻坯厚度的6～8％，轧至厚度为2.5mm时对钽板材进行剪边，头尾相互用氩弧焊接成卷，焊接时用清洗剂清洗焊接头，清洗剂按重量比配制，其中对清洗后的钽卷材进行去应力退火，退火温度为1320℃，保温时间为150分，将去应力钽卷材进行精轧，道次加工率为厚度的4～6％，张力为2～3格，轧到板厚度为不同厚度的SGS钽板材，用99.5％四氯化碳进行清洗，对清洗精轧钽板材进行退火，退火温度为1320℃，保温时间为150分，得到SGS钽板材。
实施例2：在钽粉中添加70ppm的稀土合金元素——金属钇，按照图1流程进行混料、装粉，采用电子轰击的方法生产出直径30mm的钽锭，采用例1的同样工序将其加工成SGS钽材。
实施例3：从实施例1得到的SGS钽板材中冲取厚度为1.14mm，直径为235mm的圆片料，用模具进行坩埚体拉伸，拉伸高度为36mm，用模具在坩埚底部中心冲取直径为23.5mm的中心孔，用模具在坩埚底部压上高度为2.6mm的环筋，用模具进行翻边，车削后翻边高度为3.3mm，再用模具在坩埚侧面冲尺寸为6×2.5mm的支撑耳装配孔，在上述SGS钽板上剪下尺寸为1.14×37×68mm的毛坯料，用模具卷成内径为20.62mm的中心管，管缝用氩弧焊焊接，再用模具在中心管高度中部挤压外径为26mm的凸筋，用车床平齐端口后中心管高度为37mm，再在上述SGS钽板上剪下支撑耳的毛坯料，用折边模具折出对称的支撑耳，把支撑耳插入坩埚体上的装配孔中，向外翻过并涨紧，再把中心管用装配模具压装在坩埚体的中心管孔中，将坩埚进行退火，退火温度为1320℃，保温60分钟，得到钽坩埚，经用户试用，其寿命达到了3000炉次/1650℃·2小时。
实施例4：
从实施例1得到的SGS担板材中依据图纸用剪板机剪取夹环和发热片的板料，用钨极氩弧焊机将两片夹环板料双面焊接，焊缝表面平整光滑、无夹层、咬边和裂纹，设计和制做专用压弧模具，利用冲床对发热片压弧弧度为R127。将SGS担棒，在车床上车削成19.05×177.8mm钽棒，再用刨床创平。据图纸的要求，利用24006钻床钻孔，用铝铆钉将加工好的夹环、发热片和钽棒铆接在一起。在高真空电阻炉中退火，退火温度为1320℃，保温时间为120分钟，出炉后即得SGS钽加热器。经试用，其寿命达到了1600炉次/1650℃·2小时。
实施例5：
按隔热屏图纸尺寸，在实施例1制得的SGS钽板材中选取合适厚度板材，用划针画上线，再用剪刀沿划好的线剪下，根据图纸的要求，设计和制作专用模板，用模板冲压出孔洞，对于小孔可用手枪钻钻取，检验与图纸相符，用铝铆钉将加工好的隔热片铆接在一起。将铆接好的隔热片按产品图纸的要求组装起来，在高真空电阻炉进行退火，退火温度为1320℃，保温时间为120分钟，出炉后即得到SGS钽隔热屏，经用户试用，其寿命达到了1600炉次/1650℃·2小时。
Claims (5)
1.一种SGS钽材，其特征在于它是成分中添加有50～150PPM的金属钇并经过高温烧结或电子轰击及热处理而得到的微合金化材料。
2.一种SGS钽材的生产方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)通过向钽粉中掺50～150PPM的金属钇，高温烧结或电子轰击得到掺杂钽锭；
(2)将得到的掺杂钽锭经过煅压开坯、初轧、精轧、清洗、退火工序制得SGS钽板材；
3.一种SGS钽材的用途，其特征在于以权利要求1所述的SGS钽材为原料，通过下料、冲压拉伸、钻孔、焊接、铆接、车削加工工序制得SGS钽制品。
4.如权利要求3所述的SGS钽材的用途，其特征在于上述SGS钽制品是高温真空炉用钽配件。
5.如权利要求4所述的SGS钽材的用途，其特征在于上述高温真空炉用钽配件包括钽坩埚、钽加热器、钽隔热屏、钽支撑架。
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