专利名称：一种纳米团簇弥散强化铁基合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米团簇弥散强化铁基合金的制备方法。
技术背景高温合金中强化元素含量高，成分复杂，导致材料的热加工性能 变得很差，只能在铸态下使用。而铸造合金存在严重的成分偏析，这造成了 合金显微组织的不均匀和性能的不稳定。采用粉末冶金工艺生产的高温合金， 组织均匀，几乎无偏析，热加工性能良好，并且具有较高的蠕变强度和抗疲 劳性能。
控制与消除孔隙是大幅度提升粉末冶金材料性能，特别是力学性能的一 个重要途径。目前所采用的减少或消除孔隙的方法主要有改变烧结或合成 工艺，如HIP处理，或者热压、热锻；各种应力状态下的大应变量塑性变形， 如旋锻和轧制等，但因此提高了成本。在粉末冶金材料中引入新的强化因素 是提高性能的一个重要途径。除经典的固溶强化、第二相强化、颗粒强化、 弥散强化之外，粉末冶金还可以引入各种尺度的强化质点，其强化相的种类、 尺寸和数量可以突破熔铸合金的极限，实现结构力学性能的突破。美国橡树 岭国家实验室等科研机构系统地研究几种机械合金化氧化物弥散强化铁基合 金(MA/0DS)时发现，通过优化合金成分和制备工艺，引入适量浓度的空位
并控制其分布状态，合金在600 85(TC高温下的抗蠕变性能提高了 6个数量 级 (R. L. Klueh， J. P. Shingledecker， et al. Oxide dispersion—strengthened steels: A comparison of some commercial and experimental alloys. Journal of nuclear materials, 2005， 314:103 114)。对其超微结构的精细分析发现这种合金中存在着由特定原子组成的纳 米团簇，高度分散在合金基体中，使材料得到强化，在85(TC高温下表现出 更优良的力学性能。目前，各个实验小组还只是通过机械合金化(MA)合成 的方法，将众多的合金元素混合，使细小的氧化物强化相均匀的分布在基体 中。机械合金化过程中，所加入的103、 Ti以及残存氧在磨球高能的碾压力 作用下，将发生固态反应，并通过这一反应导致弥散相再细化。反应方程式
为
Y203 + Ti + 0 — Y2Ti207以上方法在球磨过程中易引入杂质元素，污染合金，加上其他一些因素， 给合金制备造成了十分不利的影响。特别是机械合金化方法在实现规模化工 业生产方面还存在着较大的困难，制备成本昂贵
发明内容
本发明的目的在于提供一种有应用价值，成本相对低廉，且 无引入杂质的纳米团簇弥散强化铁基合金的粉末冶金制备方法，即采用
Fe-Cr-W-Ti-Y-0预合金粉末经过成形、烧结、锻造和退火等工艺制取纳米团 簇弥散强化铁基合金。
本发明的工艺流程具体如下
1、 原料原料为Fe-Cr-W-Ti-Y-O预合金粉末，其粒径为20 200 u m。
2、 模压成型采用模压进行成形，压坯的尺寸为直径"(10 50) mmX 高度力(6 30) mm，模压成形时压力为500 1000Mpa。
3、 真空烧结将压坯放入真空烧结炉内进行烧结成形，烧结工艺为1250 1350。C保温2h，真空度为O. 1 0. OlPa。
4、 热锻将烧结样品加热到900 120(TC保温0.5 lh，然后进行锻造。
5、 真空退火将锻造的样品在真空炉中退火，工艺为900 140(TC保温 lh，后在空气中冷却。
本发明针对纳米团簇强化铁基合金的要求，通过预合金粉末模压成形制 备无杂质的、高硬度高温合金。由于工艺简单，且不需要专用设备，有效地 降低生产成本，所采用的原料为Fe-Cr-W-Ti-Y-O预合金粉末，各组成元素混 合均匀，无偏析。与常规的机械合金化方法相比，制备过程无杂质引入，并 且避免了长周期的生产过程。本发明制备的铁基合金材料的致密度高，热加 工后平均致密度可达98%以上，且通过热处理，合金中有细小的弥散强化相析 出，使材料硬度达HV。.2 300以上。
图l本发明的工艺流程图2本发明中预烧结工艺曲线图3采用本发明制备的纳米团簇弥散强化铁基合金锻造坯图片；
图4采用本发明制备的纳米团簇弥散强化铁基合金TEM照片。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式
实施例h发明的工艺流程见图1，采用粒度为20 200Mm的Fe-Cr-W-Ti-Y-0预合金粉末，在700Mpa的压力下模压成形，制成尺寸为直 径d20mmX高度hl5mm的冷压坯，随后采用图2所示的工艺路线进行烧结， 真空烧结温度为1250°C，保温时间为2h，随炉冷至室温，获得铁基合金烧结 坯。然后进行热锻，工艺条件为90(TC，保温时间为lh，压下量为40%。最 后在真空下退火，950'C保温lh，空冷至室温。制得的铁基合金致密度为 98.2%，硬度为HV。.2 337。
实施例2:采用粒度为20 200陶Fe-Cr-W-Ti-Y-0预合金粉末，在500Mpa 的压力下模压成形，制成尺寸为直径d30mmX高度h20mm的冷压坯，随后采 用图2所示的工艺路线进行烧结，反应温度为135CTC，保温时间为2h，随炉 冷至室温，获得铁基合金烧结坯。然后进行热锻，工艺条件为120(TC，保温 时间为lh，压下量为70%。最后在真空下退火，130(TC保温lh，空冷至室温。 制得的铁基合金致密度为99. 3%，硬度为HV。.2 580。
权利要求
1. 一种纳米团簇弥散强化铁基合金的制备方法，其特征在于包含以下步骤(1)模压成型使用粒径为20～200μm的Fe-Cr-W-Ti-Y-O预合金粉末，采用模压进行成形，压坯的尺寸为直径d10～50mm×高度h6～30mm，模压成形时压力为500～1000Mpa；(2)真空烧结将压坯放入真空烧结炉内进行烧结成形，烧结工艺为1250～1350℃保温2h，真空度为0.1～0.01Pa；(3)热锻将烧结样品加热到900～1200℃保温0.5～1h，然后进行锻造；(4)真空退火将锻造的样品在真空炉中退火，工艺为900～1400℃保温1h，后在空气中冷却。
全文摘要
一种纳米团簇弥散强化铁基合金的制备方法，使用粒径为20～200μm的Fe-Cr-W-Ti-Y-O预合金粉末，采用模压进行成形，然后将压坯放入真空烧结炉内进行烧结成形，烧结工艺为1250～1350℃保温2h，真空度为0.1～0.01Pa，再将烧结样品加热到900～1200℃保温0.5～1h，然后进行锻造，最后将锻造的样品在真空炉中退火。本发明工艺简单，且不需要专用设备，各组成元素混合均匀，无偏析。与常规的机械合金化方法相比，制备过程无杂质引入，制备的铁基合金材料的致密度高，热加工后平均致密度可达98％以上，且通过热处理，合金中有细小的弥散强化相析出，使材料硬度达HV<sub>0.2</sub> 300以上。
文档编号C22C1/04GK101265530SQ20081003120
公开日2008年9月17日 申请日期2008年5月6日 优先权日2008年5月6日
发明者何晓宇, 咏 刘, 锋 刘, 刘东华, 张宁一, 方京华, 温玉仁 申请人:中南大学