专利名称：热模锻技术提高粉末冶金钒铬钛合金综合力学性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种粉末冶金法制备的合金采用热模锻形变处理提升力学性能的方法，更确切的说是涉及热模锻技术提高粉末冶金钒铬钛合金综合力学性能的方法。
背景技术：
钒合金具有低的辐照活化性、优良的机械性能、高的热传导率、优良的抗辐照肿胀性、低热膨胀性、高蠕变强度，可以承受比不锈钢高4 7倍的热负荷等优点，越来越多的应用于航空、国防、核聚变和高温环境等领域。二十世纪六十年代美国率先启动了钒合金的基础研究工作，主要研究机构有阿贡国家实验室和橡树岭国家实验室；至八十年代后期美国将钒铬钛合金体系的三元合金作为重点研究对象；进入九十年代，在国际热核实验堆(ITER)国际合作项目的推动下，越来越 多的国家和研究机构意识到钒铬钛合金体系的重要性，也启动了钒铬钛三元合金的研究。随着对聚变反应堆用材料的深入研究，美国、俄罗斯、欧盟和日本对钒基合金进行了大量系统的研究工作，而我国对钒钒铬钛合金的研究只是近十年才开始。作为聚变用结构材料钒铬钛合金应具有良好的抗辐照膨胀和尺寸稳定性能、良好的室温和高温力学性能、安全性和环境特性，与氚增殖剂、冷却剂、中子倍增材料和面向等离子材料具有良好的兼容性等。钒铬钛合金的热加工变形抗力大，塑性低，在锻造和轧制过程中容易产生裂纹和破碎等缺陷。为能够得到性能优异的钒铬钛合金材料，必须对其进行热压力加工来改善组织细化晶粒，以提高其加工性能和力学性能，从而满足实际应用的要求。目前，国内外普遍采用真空自耗电弧熔炼的方法制备钒铬钛合金，而采用粉末冶金成型的方法相对较少。采用粉末冶金成型的方法制备的钒铬钛合金经冷等静压、烧结和热等静压处理后其综合力学性能低，达不到聚变用结构材料的使用性能要求。
发明内容
本发明的目的是解决现有粉末冶金法制备的钒铬钛合金力学性能低的问题，提供一种热模锻技术提高粉末冶金钒铬钛合金综合力学性能的方法，该技术方法工艺简单，操作方便，制造成本低，适合批量提升粉末冶金法制备的复杂形状钒铬钛合金毛坯综合力学性能。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是热模锻技术提高粉末冶金钒铬钛合金综合力学性能的方法，包括下列步骤
a、复杂形状钒铬钛合金毛坯制备将粒度为15iim 60iim钒、铬、钛细粉，按照质量比88-92:4-6:4-6配成混合料，采用复杂形状的软膜工装装料和室温抽真空除气，冷等静压处理后真空烧结，得到复杂形状的钒铬钛合金毛坯；此处所说复杂形状主要是区别于单一的柱状结构，圆形结构或是方形结构，特别是指锥形体的小端与柱状体端部连接后形成的整体结构。b、钒铬钛合金热模锻预制坯制备将上述真空烧结后得到的复杂形状的钒铬钛合金毛坯进行机械加工整形，并采用第一层不锈钢包套封装及热除气处理，再进行900 1200°C /150MPa热等静压处理，将热等静压后得到的制品再采用第二层不锈钢包套封装及热除气处理，得到双层不锈钢包套包覆的钒铬钛合金热模锻预制坯；
C、钒铬钛合金热模锻形变处理将上述热模锻预制坯经加热炉加热后采用模锻设备进行热模锻形变处理，钒铬钛合金热模锻形变处理的加热温度控制在1000°C 1200°C，热模锻形变变形量控制在40% 80%，钒铬钛合金经热模锻形变处理后进行真空退火处理。在上述技术方案中，所述步骤a中复杂形状的钒铬钛合金毛坯，所述复杂形状是指形状为锥形体小端与柱状体端部连接后形成的整体结构。在上述技术方案中，所述步骤a中的冷等静压处理条件为150 250MPa/30min，所述真空烧结的条件为1400 1500°C /2h。在上述技术方案中，所述步骤C中的真空退火处理是在1000°C 1100°C进行。 本发明发明采用双层不锈钢包套对粉末冶金法制备的复杂形状钒铬钛合金毛坯进行包覆，再通过热模锻形变处理和真空退火处理，解决了复杂形状的钒铬钛合金综合力学性能低的问题。本发明采用热模锻的方法能提高经粉末冶金法制备的钒铬钛合金的综合力学性能，其抗拉强度O b达到465MPa 490MPa，屈服强度o a2达到340Mpa 380MPa，伸长率S和断面收缩率W约为25% 35%和60. 0% 65. 0%。从上述本发明的各项技术特征可以看出，其优点是本发明将钒、铬、钛细粉采用粉末冶金方法制备复杂形状的钒铬钛合金毛坯，经不锈钢包套封装、热除气和热等静压处理之后，再进行第二层不锈钢包套封装，获得热模锻形变处理预制坯，再进行热模锻形变处理，热模锻形变处理过程中合理控制加热温度和变形量，获得力学性能优越的复杂形状的钒铬钛合金毛坯。在保证了钒铬钛合金热模锻形变过程中不增加氧、氮含量的同时，通过控制热模锻加热温度、变形量及真空退火温度提升钒铬钛合金力学性能。该技术方法工艺简单，操作方便，制造成本低，适合批量提升粉末冶金法制备的复杂形状钒铬钛合金毛坯综合力学性能。
下面结合附图对本发明做进一步的说明
图I是本发明处理工艺流程图。
具体实施例方式下面结合附图通过实施例对本发明做进一步的说明。实施例I
该实施例中，我们采用下列工艺步骤
I)将粒度为15um 60iim钒、铬、钛细粉，按照质量比88: 6: 6配成混合料，采用复杂形状的软膜工装装料和除气，并经150MPa/30min冷等静压处理后，再采用1400°C /2h真空烧结，得到复杂形状的钒铬钛合金毛坯。2)将真空烧结后得到的复杂形状的钒铬钛合金毛坯采用干式车削法对钒铬钛合金毛坯进行机械加工整形，并采用第一层不锈钢包套封装及热除气处理，再进行1200°C /150MPa热等静压处理。将热等静压后得到的制品再采用第二层不锈钢包套封装及热除气处理，得到双层不锈钢包套包覆的钒铬钛合金热模锻预制坯。3)将热模锻预制坯经加热炉加热后采用模锻设备进行热模锻形变处理。钒铬钛合金热模锻形变处理的加热温度控制在1000°c，热模锻形变变形量控制在40%，钒铬钛合金经热模锻形变处理后进行1000°C真空退火处理。热模锻形变处理后的钒铬钛合金毛坯进行1000°C真空退火处理后，钒铬钛合金综合力学性能抗拉强度ob达到465MPa，屈服强度Ga2达到340MPa，伸长率5和断面收缩率^约为25%和60%o实施例2
该实施例中，我们采用下列工艺步骤 I)将粒度为15 ii m 60 ii m钒、铬、钛细粉，按照质量比90:5:5配成混合料，采用复杂形状的软膜工装装料和除气，并经200MPa/30min冷等静压处理后，再采用1450°C /2h真空烧结，得到复杂形状的钒铬钛合金毛坯。2)将真空烧结后得到的复杂形状的钒铬钛合金毛坯采用干式车削法对钒铬钛合金毛坯进行机械加工整形，并采用第一层不锈钢包套封装及热除气处理，再进行Iioo0C /150MPa热等静压处理。将热等静压后得到的制品再采用第二层不锈钢包套封装及热除气处理，得到双层不锈钢包套包覆的钒铬钛合金热模锻预制坯。3)将热模锻预制坯经加热炉加热后采用模锻设备进行热模锻形变处理。钒铬钛合金热模锻形变处理的加热温度控制在1100°C，热模锻形变变形量控制在60%，钒铬钛合金经热模锻形变处理后进行1050°C真空退火处理。热模锻形变处理后的钒铬钛合金毛坯进行1050°C真空退火处理后，钒铬钛合金综合力学性能抗拉强度ob达到480MPa，屈服强度Ga2达到360MPa，伸长率5和断面收缩率^约为30%和63%。实施例3
该实施例中，我们采用下列工艺步骤
I)将粒度为15 ii m 60 ii m钒、铬、钛细粉，按照质量比92:4:4配成混合料，采用复杂形状的软膜工装装料和除气，并经250MPa/30min冷等静压处理后，再采用1500°C /2h真空烧结，得到复杂形状的钒铬钛合金毛坯。2)将真空烧结后得到的复杂形状的钒铬钛合金毛坯采用干式车削法对钒铬钛合金毛坯进行机械加工整形，并采用第一层不锈钢包套封装及热除气处理，再进行9000C /150MPa热等静压处理。将热等静压后得到的制品再采用第二层不锈钢包套封装及热除气处理，得到双层不锈钢包套包覆的钒铬钛合金热模锻预制坯。3)将热模锻预制坯经加热炉加热后采用模锻设备进行热模锻形变处理。钒铬钛合金热模锻形变处理的加热温度控制在1200°C，热模锻形变变形量控制在80%，钒铬钛合金经热模锻形变处理后进行1100°C真空退火处理。热模锻形变处理后的钒铬钛合金毛坯进行1100°C真空退火处理后，钒铬钛合金综合力学性能抗拉强度ob达到490MPa，屈服强度Ga2达到380MPa，伸长率5和断面收缩率^约为35%和65%。本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)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。
权利要求
1.热模锻技术提高粉末冶金钒铬钛合金综合力学性能的方法，其特征在于包括下列步骤 a、复杂形状钒铬钛合金毛坯制备将粒度为15ii m 60 ii m钒、铬、钛细粉，按照质量比88-92:4-6:4-6配成混合料，采用复杂形状的软膜工装装料和室温抽真空除气，冷等静压处理后真空烧结，得到复杂形状的钒铬钛合金毛坯； b、钒铬钛合金热模锻预制坯制备将上述真空烧结后得到的复杂形状的钒铬钛合金毛坯进行机械加工整形，并采用第一层不锈钢包套封装及热除气处理，再进行900 1200°C /150MPa热等静压处理，将热等静压后得到的制品再采用第二层不锈钢包套封装及热除气处理，得到双层不锈钢包套包覆的钒铬钛合金热模锻预制坯； C、钒铬钛合金热模锻形变处理将上述热模锻预制坯经加热炉加热后采用模锻设备进行热模锻形变处理，钒铬钛合金热模锻形变处理的加热温度控制在1000°C 1200°C，热模锻形变变形量控制在40% 80%，钒铬钛合金经热模锻形变处理后进行真空退火处理。
2.根据权利要求I所述的热模锻技术提高粉末冶金钒铬钛合金综合力学性能的方法，其特征在于所述步骤a中复杂形状的钒铬钛合金毛坯，所述复杂形状是指形状为锥形体小端与柱状体端部连接后形成的整体结构。
3.根据权利要求I所述的热模锻技术提高粉末冶金钒铬钛合金综合力学性能的方法，其特征在于所述步骤a中的冷等静压处理条件为150 250MPa/30min,所述真空烧结的条件为 1400 1500 0C /2h。
4.根据权利要求I或2或3所述的热模锻技术提高粉末冶金钒铬钛合金综合力学性能的方法，其特征在于所述步骤c中的真空退火处理是在1000°C 1100°C进行。
全文摘要
本发明是热模锻技术提高粉末冶金钒铬钛合金综合力学性能的方法，涉及一种粉末冶金法制备的合金采用热模锻形变处理提升力学性能的方法。本发明的目的是解决现有粉末冶金法制备的钒铬钛合金力学性能低的问题。采用的技术方案是通过采用不锈钢包套封装粉末冶金法制备的复杂形状的钒铬钛合金进行热等静压致密化处理，并再次进行第二层包套的封装，获得钒铬钛合金热模锻预制坯，采用热模锻形变处理钒铬钛合金，并进一步采用真空退火，获得综合力学性能优越的钒铬钛合金毛坯。该技术方法工艺简单，操作方便，制造成本低，适合批量提升粉末冶金法制备的复杂形状钒铬钛合金毛坯综合力学性能。
文档编号C22F1/02GK102776457SQ20121026579
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者刘梅, 单东伟, 曾大鹏, 李继军, 杨勇, 杨维才, 林波, 柳悦林, 涂昌银, 董鲜峰, 边崇颖, 迟永刚, 邓广平 申请人:四川材料与工艺研究所