专利名称：通过旋锻形变提高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形变处理提升力学性能的方法，特别是涉及一种通过旋锻形变处理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Γ7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鲜有报导。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，提供一种通过旋锻形变提高钒铬钛合金综合力学性能的方法，通过采用不锈钢包套封装粉末冶金法制备的钒铬钛合金进行热等静压致密化处理，获得钒铬钛合金旋锻预制坯，采用旋锻形变处理钒铬钛合金，并进一步采用真空退火提升钒铬钛合金的力学性能。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是通过旋锻形变提高钒铬钛合金综合力学性能的方法，包括下列步骤
a、钒铬钛合金旋锻预制坯制备将粒度为10μ m-40 μ m钒、铬、钛细粉，按照质量比88-92:4-6:4-6在低湿低氧手套箱中配比为混合料，并经软膜工装装料、冷除气，再经冷等静压处理，然后采用真空烧结，再采用不锈钢包套封装，再进行1200°C /150MPa热等静压处理，传压介质为氩气，得到钒铬钛合金旋锻形变处理预制坯；
b、钒铬钛合金旋锻形变处理将步骤a中热等静压后得到的旋锻形变处理预制坯经加热炉加热后采用旋锻设备进行旋锻形变处理，钒铬钛合金旋锻形变处理的加热温度控制在1050°C -1200°C，旋锻形变变形量控制在30%-45%，钒铬钛合金经旋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中冷等静压处理的条件为200MPa/30min，然后采用1500°C /2h真空烧结，再用不锈钢包套封装。在上述技术方案中，所述步骤a中热等静压处理过程中传压介质为氩气。在上述技术方案中，所述步骤b中退火处理 的温度为950°C -1100°C。本发明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σ b达到444MPa_542MPa，屈服强度σ ^ 2达到309Mpa_434MPa，伸长率δ和断面收缩率Ψ约为14%-35%和 24%-61%。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钒铬钛合金，并经包套封装和热等静压处理之后获得旋锻形变处理预制坯，再进行旋锻形变处理，旋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钒铬钛合金。在保证了钒铬钛合金旋锻形变过程中不增加氧、氮含量的同时，通过控制旋锻加热温度、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，适合粉末冶金法制备的棒状形钒铬钛合金的旋锻加工。
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
1)将粒度为10μπι-40μπι钒、铬、钛细粉，按照质量比88:6: 6在低湿低氧手套箱中配比为混合料，并经软膜工装装料，并经200MPa/30min冷等静压处理后，采用1500°C /2h真空烧结和不锈钢包套封装，再进行1200°C /150MPa热等静压处理，传压介质为氩气，得到钒铬钛合金旋锻形变处理预制坯；
2)将钒铬钛合金旋锻预制坯采用旋锻设备进行形变处理钒铬钛合金旋锻形变处理的加热温度控制在1200°C，旋锻形变变形量控制在40%，得到旋锻形变处理的钒铬钛合金。3)将旋锻形变处理后的钒铬钛合金进行1050°C真空退火处理，钒铬钛合金抗拉强度σ b达到444MPa，屈服强度σ ^ 2达到309MPa，伸长率δ和断面收缩率Ψ约为35%和61%。实施例2
该实施例中，我们采用下列工艺步骤
I)将粒度为10 μ m-40 μ mfu铬、钛细粉，按照质量比90:5:5在低湿低氧手套箱中配比为混合料，并经软膜工装装料，并经200MPa/30min冷等静压处理后，采用1500°C /2h真空烧结和不锈钢包套封装，再进行1200°C /150MPa热等静压处理，传压介质为氩气，得到钒铬钛合金旋锻形变处理预制坯；2)将钒铬钛合金旋锻预制坯采用旋锻设备进行形变处理钒铬钛合金旋锻形变处理的加热温度控制在1150°C，旋锻形变变形量控制在45%，得到旋锻形变处理的钒铬钛合金。3)将旋锻形变处理后的钒铬钛合金进行110(TC真空退火处理，钒铬钛合金抗拉强度σ b达到480MPa，屈服强度σ ^ 2达到368MPa，伸长率δ和断面收缩率Ψ约为33%和52%。实施例3
该实施例中，我们采用下列工艺步骤
1)将粒度为10μ m-40 μ m银、铬、钛细粉，按照质量比92:4:4在低湿低氧手套箱中配比为混合料，并经软膜工装装料，并经200MPa/30min冷等静压处理后，采用1500°C /2h真空烧 结和不锈钢包套封装，再进行1200°C /150MPa热等静压处理，传压介质为氩气，得到钒铬钛合金旋锻形变处理预制坯；
2)将钒铬钛合金旋锻预制坯采用旋锻设备进行形变处理钒铬钛合金旋锻形变处理的加热温度控制在1100°C，旋锻形变变形量控制在35%，得到旋锻形变处理的钒铬钛合金。3)将旋锻形变处理后的钒铬钛合金进行1050°C真空退火处理，钒铬钛合金抗拉强度σ b达到502MPa，屈服强度σ ^ 2达到383MPa，伸长率δ和断面收缩率Ψ约为20%和38%。实施例4
该实施例中，我们采用下列工艺步骤
1)将粒度为10μ m-40 μ m钒、铬、钛细粉，按照质量比90:4: 6在低湿低氧手套箱中配比为混合料，并经软膜工装装料，并经200MPa/30min冷等静压处理后，采用1500°C /2h真空烧结和不锈钢包套封装，再进行1200°C /150MPa热等静压处理，传压介质为氩气，得到钒铬钛合金旋锻形变处理预制坯；
2)将钒铬钛合金旋锻预制坯采用旋锻设备进行形变处理钒铬钛合金旋锻形变处理的加热温度控制在1050°C，旋锻形变变形量控制在30%，得到旋锻形变处理的钒铬钛合金。3)将旋锻形变处理后的钒铬钛合金进行950°C真空退火处理，钒铬钛合金抗拉强度Ob达到542MPa，屈服强度σ。2达到434MPa，伸长率δ和断面收缩率Ψ约为14%和24%。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.通过旋锻形变提高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、钒铬钛合金旋锻预制坯制备将粒度为10μ m-40 μ m钒、铬、钛细粉，按照质量比88-92:4-6:4-6在低湿低氧手套箱中配比为混合料，并经软膜工装装料、冷除气，再经冷等静压处理，然后采用真空烧结，再采用不锈钢包套封装，再进行1200°C /150MPa热等静压处理，传压介质为氩气，得到钒铬钛合金旋锻形变处理预制坯； b、钒铬钛合金旋锻形变处理将步骤a中热等静压后得到的旋锻形变处理预制坯经加热炉加热后采用旋锻设备进行旋锻形变处理，钒铬钛合金旋锻形变处理的加热温度控制在10500C -1200°C，旋锻形变变形量控制在30%-45%，钒铬钛合金经旋锻形变处理后进行真空退火处理。
2.根据权利要求I所述的通过旋锻形变提高钒铬钛合金综合力学性能的方法，其特征在于所述步骤a中冷等静压处理的条件为200MPa/30min，然后采用1500°C /2h真空烧结，再用不锈钢包套封装。
3.根据权利要求I或2所述的通过旋锻形变提高钒铬钛合金综合力学性能的方法，其特征在于所述步骤a中热等静压处理过程中传压介质为氩气。
4.根据权利要求3所述的通过旋锻形变提高钒铬钛合金综合力学性能的方法，其特征在于所述步骤b中退火处理的温度为950°C -1100°C。
全文摘要
本发明是通过旋锻形变提高钒铬钛合金综合力学性能的方法。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。包括将钒、铬、钛细粉配比为混合料，并经软膜工装装料、冷除气，再经冷等静压处理、真空烧结、不锈钢包套封装，再进行热等静压处理，得到钒铬钛合金旋锻形变处理预制坯；将预制坯经加热炉加热后进行旋锻形变处理，钒铬钛合金经旋锻形变处理后进行真空退火处理。本发明通过采用不锈钢包套封装粉末冶金法制备的钒铬钛合金进行热等静压致密化处理，获得钒铬钛合金旋锻预制坯，采用旋锻形变处理钒铬钛合金，并进一步采用真空退火提升钒铬钛合金的力学性能。
文档编号C22C1/04GK102776428SQ201210265809
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
发明者刘佳普, 刘梅, 周宝康, 张博, 曾大鹏, 李启寿, 杨维才, 林波, 王智源, 董鲜峰, 迟永刚 申请人:四川材料与工艺研究所