一种铀基合金的晶粒细化方法与流程

本发明属于金属材料变形热处理的技术领域，更具体地讲，涉及一种铀基合金的晶粒细化方法。

背景技术：

铀基合金具有较好的力学性能和抗腐蚀性能，在核工程中具有广泛的应用。而晶粒细小的铀基合金不仅具有密度高以及核性能，同时还具有很宽泛的综合力学性能，优良的抗腐蚀性能、超塑性以及形状记忆效应等独特性质。

通常的铀基合金主要采用熔炼、铸造的方法制造，为了消除成分偏析，一般在铸造后采用γ相高温下进行长时间保温均匀化处理，这就不可避免地会形成粗大晶粒(100～300μm)。

众所周知，在常规金属材料中，晶粒尺寸对材料的力学性能和抗腐蚀性能均具有非常显著的影响。在上个世纪中期，曾开展过大量贫铀的晶粒细化实验研究。但是关于铀铌合金的晶粒细化研究很少。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种可以显著细化铸态铀基合金晶粒从而得到细小均匀的等轴晶组织的铀基合金的晶粒细化方法。

本发明提供了一种铀基合金的晶粒细化方法，所述晶粒细化方法包括以下步骤：

a、固溶热处理：将铸态铀基合金在900～1150℃下保温0.5～30h，随后水淬至室温；

b、连续冷轧处理：对步骤a获得的固溶态铀基合金进行连续冷轧，控制变形量为30～70％；

c、短时间固溶再结晶处理：将步骤b获得的铀基合金板材快速加热至650～900℃并保温10～90min，随后立即水淬至室温，获得晶粒细小均匀的铀基合金。

根据本发明铀基合金的晶粒细化方法的一个实施例，步骤a和步骤c均在真空条件下进行，控制真空度不低于5×10^-3pa。

根据本发明铀基合金的晶粒细化方法的一个实施例，在步骤b中，所述连续冷轧为多道次连续冷轧，控制单次压下量为0.5～3％。

根据本发明铀基合金的晶粒细化方法的一个实施例，在步骤b中，每道次冷轧之间不进行热处理，并且在每道次冷轧结束后需待铀基合金板材温度降至室温之后再进行下一道次冷轧。

根据本发明铀基合金的晶粒细化方法的一个实施例，在步骤b中，在10～40℃的温度下进行连续冷轧。

根据本发明铀基合金的晶粒细化方法的一个实施例，以质量百分比计，所述铀基合金中铌的含量为1～10％，铁的含量为0.01～0.1％。

本发明用冷变形加热处理的方法有效地细化铀基合金晶粒，该方法简单可行、操作快捷，可以显著细化铸态铀基合金晶粒，得到细小均匀的等轴晶组织。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的铀基合金的晶粒细化方法的工艺路线图。

图2示出了实施例1中对铸态铀基合金进行固溶热处理及相应的水淬处理后的微观组织(a)和晶粒尺寸分布(b)。

图3示出了实施例1中对固溶态铀基合金进行连续冷轧处理和短时间固溶再结晶处理及相应的水淬处理后的微观组织(a)和晶粒尺寸分布(b)。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以质量百分比计，本发明中所指的铀基合金至少包括铌和铁，其中，铌的含量为1～10％，铁的含量为0.01～0.1％。

下面将对本发明的铀基合金的晶粒细化方法进行详细说明。

图1示出了根据本发明示例性实施例的铀基合金的晶粒细化方法的工艺路线图。根据本发明的示例性实施例，所述铀基合金的晶粒细化方法包括以下多个步骤。

步骤a：固溶热处理

将铸态铀基合金在900～1150℃下保温0.5～30h，随后水淬至室温。

本步骤的固溶热处理是为了使铸态铀基合金中的溶质原子充分固溶到基体中，进而消除成分偏析，有利于细化晶粒。

其中，本步骤优选地在真空条件下进行以防止合金被氧化，控制真空度不低于5×10^-3pa。

步骤b：连续冷轧处理

对步骤a获得的固溶态铀基合金进行连续冷轧，控制变形量为30～70％。

本步骤的连续冷轧处理是为了使合金在强烈塑性变形下进而使晶粒细化。其中，变形量不宜太低，需保持在30％以上，否则难以得到所需的晶粒细化效果。

本步骤中的连续冷轧为多道次连续冷轧，优选地控制单次压下量为0.5～3％，以防止板材开裂。并且，本步骤在在10～40℃的温度下进行连续冷轧，每道次冷轧之间不进行热处理。

由于板材在每次冷轧后，大部分变形能以热量的形式释放，因此优选地在每道次冷轧结束后待铀基合金板材温度降至室温之后再进行下一道次冷轧。

步骤c：短时间固溶再结晶处理

将步骤b获得的铀基合金板材快速加热至650～900℃并保温10～90min，随后立即水淬至室温，获得晶粒细小均匀的铀基合金。

本步骤进行的固溶再结晶处理是为了使铀基合金发生再结晶，从而使得晶粒显著减小。其中，再结晶温度不宜低于亚共析温度点(～650℃)，否则铀基合金将发生相分解而不会发生再结晶。

其中，本步骤同样地在真空条件下进行以防止合金被氧化，控制真空度不低于5×10^-3pa。

采用本发明的晶粒细化方法能够显著细化铀基合金的晶粒尺寸，获得细小均匀的等轴晶组织。

应理解，本发明详述的上述实施方式及以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

下面结合具体实施例对本发明铀基合金的的晶粒细化方法作进一步说明。

实施例1：

1)固溶热处理：将铸态铀基合金进行固溶热处理，温度为900℃，保温时间为20h，然后水淬至室温。图2示出了实施例1中对铸态铀基合金进行固溶热处理及相应的水淬处理后的微观组织(a)和晶粒尺寸分布(b)。如图2a和图2b所示，可以看出初始固溶态样品晶粒粗大且不均匀，平均晶粒尺寸为100μm。

2)连续冷轧处理：变形温度为室温(10～40℃)，变形量控制为50％。其中，本步骤中的冷轧为多道次连续冷轧，单次压下量控制在0.5～3％范围内；并且在每道次冷轧后待板材温度降至室温再进行下一道次冷轧。

3)短时间固溶再结晶处理：将上步骤获得的板材铀基合金快速加热至700℃进行固溶再结晶热处理，保温时间为30min，然后立即水淬至室温。图3示出了实施例1中对固溶态铀基合金进行连续冷轧处理和短时间固溶再结晶处理及相应的水淬处理后的微观组织(a)和晶粒尺寸分布(b)。如图3a和图3b所示，可以看出经过轧制固溶处理后，合金的晶粒得到明显细化，变为细小均匀的等轴晶粒，平均晶粒尺寸为5μm。

其中，步骤1中热处理以及步骤3中热处理均在真空条件下进行，真空度不低于5×10^-3pa。。其中，本实施例铀基合金中铌的质量百分含量为5.0％，铁的质量百分含量为0.05％。

实施例2：

1)固溶热处理：将铸态铀基合金进行固溶热处理，温度为1000℃，保温时间10h，然后水淬至室温。

2)连续冷轧处理：变形温度为室温(10～40℃)，变形量控制为30％。其中，本步骤中的冷轧为多道次连续冷轧，单次压下量控制在0.5～3％范围内；并且在每道次冷轧后待板材温度降至室温再进行下一道次冷轧。

3)短时间固溶再结晶处理：将上步骤获得的板材铀基合金快速加热至800℃进行固溶再结晶热处理，保温时间为20min，然后立即水淬至室温。

其中步骤1中热处理以及步骤3中热处理均在真空条件下进行，真空度不低于5×10^-3pa。其中，本实施例中铀基合金中铌的质量百分含量为7.0％，铁的质量百分含量为0.02％。

实施例3：

1)固溶热处理：将铸态铀基合金进行固溶热处理，温度为1100℃，保温时间8h，然后水淬至室温。

2)连续冷轧处理：变形温度为室温(10～40℃)，变形量控制为70％。其中，本步骤中的冷轧为多道次连续冷轧，单次压下量控制在0.5～3％范围内；并且在每道次冷轧后待板材温度降至室温再进行下一道次冷轧。

3)短时间固溶再结晶处理：将上步骤获得的板材铀基合金快速加热至900℃进行固溶再结晶热处理，保温时间为10min，然后立即水淬至室温。

其中步骤1中热处理以及步骤3中热处理均在真空条件下进行，真空度不低于5×10^-3pa。其中，本实施例中铀基合金中铌的质量百分含量为9.0％，铁的质量百分含量为0.01％。

综上所述，本发明的冷变形加热处理的方法可以有效地细化铀基合金晶粒，得到细小均匀的等轴晶组织。该方法简单可行、操作快捷。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。