本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铅锂合金。
背景技术：
核能将成为人类最终的能源需求。核电的发展不仅可以优化我国的能源结构，保持国家的能源安全，还有利于扩大内需，促进产业结构升级。反应堆是核能源系统的核心部分，核裂变(或聚变)产生不同能级的中子、γ射线、二次γ射线，其它带电粒子和高能射线。辐射防护依赖于屏蔽材料的性能和辐射屏蔽结构的优化设计。辐射防护材料的研究制备成为科研和工业领域最为重要的课题之一，对国防和民用有着极其重要的意义。
在选择屏蔽材料时，必须从材料的防护性能、结构性能、稳定性能和经济成本等多方面综合考虑。屏蔽材料除了应具有良好的屏蔽性能，还应具有一定的力学特性和机械强度，能够成为用件结构的部分。为保持屏蔽效果的持久性以及长期抗辐射的能力，材料处在特殊工况下应具有一定的抗腐蚀能力，使材料的稳定性能好。对于合金屏蔽材料来说,市场上的核屏蔽材料都离不开硼和铅两种基本元素。硼具有优越的屏蔽中子和抑制俘获射线的特性，而铅对γ射线的吸收和散射最为强烈。硼与铅是制备核屏蔽材料的最佳组元,但硼和铅两元素的物理和化学性质均存在巨大差异，很难将硼均匀分布于铅基体中。且铅及其合金强度偏低，室温下即能发生回复，传统强化方法很难使其达到高的强度。
核电涉及的行业达几十个之多，因此结合和依托核电项目建设，可以拉动经济增长，还有利于高新技术的发展，传统产业的改造，而且可以有力地推动制造业技术的创新和高新产业的发展。可以预见，随着核能应用日趋扩大，人们对安全和环境保护的越来越重视，在核原料储运、反应堆运行到核废料的填埋处理等环节上，对核屏蔽材料提出了更高的要求。核工业作为高科技的重要组成部分，是综合国力的重要体现。
人们不断追求合金性能和加工性能的最佳组合的来满足日益提升的要求。目前，在欧美、日本等发达国家已经通过几十年的努力对核反应堆合金材料进行了多方位的创新。我国目前的屏蔽材料用合金的产品还很单一,在有温度要求的工作环境中不能适用。开发具备特殊性能铅合金有两种方法，一种是加入合金元素通过固溶强化来强化基体，另一种是通过加入第二相强化相形成铅基复合材料。在铅合金中加入锂后，通过优化合金的成分和配比能使得铅合金的有良好的多重辐射屏蔽性能。随着我国工业的快速发展，开发新型高强耐腐蚀屏蔽材料用铅合金已成为必然。
铅锂合金在熔炼和成型过程中极易发生氧化、燃烧甚至爆炸，不仅给零件的成型与性能造成危害，还很容易伤及人体和污染环境。铅锂合金产业化的一个重要方向就是如何阻止其高温下的氧化燃烧。目前冶炼工业中常采用氯化盐熔剂保护法与惰性气体保护法。但是，这两种方法都有其难以避免的缺陷，如易产生有毒气体污染环境和造成熔剂夹杂而损害合金性能。此外，熔炼、浇注设备和工艺复杂，加大了成本。解决铅锂合金在大气中熔炼时产生燃烧的另一个途径是向铅锂合金中添加合金元素，通过合金化的方法达到阻燃目的。
合金化阻燃法其机理是在铅锂合金熔炼过程中添加特定的合金元素来影响合金氧化的热力学与动力学过程，形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化和氮化的目的，并且铅锂合金在后续加工过程中的氧化燃烧的倾向大大降低，从而提高铅锂合金的加工安全性。但是，作为一种结构材料，只具有熔炼时的抗燃烧性能是远远不能满足要求的，更重要的是最终的铅锂合金产品还要同时拥有令人满意的力学强度，至少要能达到常用铅锂合金的力学性能水平。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在350-400度大气条件下进行熔炼的屏蔽材料用高强耐低温pb-li-mn铅锂合金及其加工工艺。且在此温度区间熔炼的合金最终产品具有铅锂合金材料所需要优异的强度和高的屏蔽能力。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种屏蔽材料用高强耐低温pb-li-mn铅锂合金。按重量百分比计，合金的组成为：li:0.8-2.4wt.%,mn:0.6-1.8wt.%,se:0.2-0.4wt.%,cr:0.6-1.5wt.%，ba:0.2-0.4wt.%,in:0.6-0.9wt.%,余量为铅。该铅锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-3.0wt.%左右。
上述屏蔽材料用高强耐低温pb-li-mn铅锂合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到350-400度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在350-400度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为10-12m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为15-20%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：140度，2.8个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理220度，2.5小时；真空时效处理138度，1.5小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明专利针对目前屏蔽材料用铅合金的强度还不能完全满足现有需求的现状提供了一种新颖的材料学解决方案。该合金具有极其优异的阻燃性能，可以达到在350-400温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的燃烧。在对液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的燃烧。且该铅锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于3.0wt.%左右。
（2）锂的加入让铅锂合金的密度比多数合金的密度都要低。且随着锂含量的增加，其密度还会进一步降低。铅锂合金有很高的强度，其强度不会因为锂含量的增加而发生明显变化，而且可以通过添加铜、镁、锌等元素进一步提高合金的强度。铅锂合金拥有很高的刚度，抗变形能力强，其刚度随着锂含量的增加还会进一步提高。
（3）该合金成功地解决了铅与合金元素之间的物理、化学相容性及界面相容性问题，克服了组元间的比重差，实现了合金元素和合金相在铅基体中的均匀分布。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。
（4）相对于传统的屏蔽材料用铅合金，本专利申请保护的屏蔽材料用高强耐低温pb-li-mn铅锂合金具有极其优异的力学性能,该材料在铅合金中引入锂后微观结构产生显著变化，使得铅合金在凝固过程中先析出的共晶组织由片层状演变成骨架状、板条状、最后退化成块状。与此同时，硅的加入获得了细密弥散的另一共晶组织。合金的布氏硬度可达到传统铅合金的40-60倍左右，抗拉强度达到340-380mpa。该铅锂合金具有传统屏蔽材料用铅合金不具备的高强度,并在极低的温度下保持优异的塑性(延伸率在零下20度保持在20-32%左右)。用于极地环境下的核堆、医用放射源屏蔽、核废料处理等领域，可以有效地保障核反应堆系统的安全运行、提高系统运行寿命。
具体实施方式
实施例1
一种在350度熔炼屏蔽材料用高强耐低温pb-li-mn铅锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：li:0.9wt.%,mn:1.2wt.%,se:0.3wt.%,cr:0.8wt.%，ba:0.3wt.%,in:0.7wt.%,余量为铅。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到350度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在350度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为12m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为15%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：140度，2.8个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理220度，2.5小时；真空时效处理138度，1.5小时。
相对于传统的屏蔽材料用铅合金，本专利申请保护的屏蔽材料用高强耐低温pb-li-mn铅锂合金具有极其优异的力学性能,该材料在铅合金中引入锂后微观结构产生显著变化，使得铅合金在凝固过程中先析出的共晶组织由片层状演变成骨架状、板条状、最后退化成块状。与此同时，硅的加入获得了细密弥散的另一共晶组织。合金的布氏硬度可达到传统铅合金的46倍左右，抗拉强度达到376mpa。该铅锂合金具有传统屏蔽材料用铅合金不具备的高强度,并在极低的温度下保持优异的塑性(延伸率在零下20度保持在25%左右)。用于极地环境下的核堆、医用放射源屏蔽、核废料处理等领域，可以有效地保障核反应堆系统的安全运行、提高系统运行寿命。该铅锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.2wt.%左右。
实施例2
一种在370度熔炼屏蔽材料用高强耐低温pb-li-mn铅锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：li:1.4wt.%,mn:1.2wt.%,se:0.3wt.%,cr:1.2wt.%，ba:0.3wt.%,in:0.6wt.%,余量为铅。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到370度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在370度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为10m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为18%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：140度，2.8个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理220度，2.5小时；真空时效处理138度，1.5小时。
相对于传统的屏蔽材料用铅合金，本专利申请保护的屏蔽材料用高强耐低温pb-li-mn铅锂合金具有极其优异的力学性能,该材料在铅合金中引入锂后微观结构产生显著变化，使得铅合金在凝固过程中先析出的共晶组织由片层状演变成骨架状、板条状、最后退化成块状。与此同时，硅的加入获得了细密弥散的另一共晶组织。合金的布氏硬度可达到传统铅合金的51倍左右，抗拉强度达到364mpa。该铅锂合金具有传统屏蔽材料用铅合金不具备的高强度,并在极低的温度下保持优异的塑性(延伸率在零下20度保持在28%左右)。用于极地环境下的核堆、医用放射源屏蔽、核废料处理等领域，可以有效地保障核反应堆系统的安全运行、提高系统运行寿命。该铅锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.9wt.%左右。
实施例3
一种在390度熔炼屏蔽材料用高强耐低温pb-li-mn铅锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：li:1.5wt.%,mn:1.2wt.%,se:0.3wt.%,cr:1.2wt.%，ba:0.3wt.%,in:0.7wt.%,余量为铅。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到390度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在390度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为10m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为18%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：140度，2.8个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理220度，2.5小时；真空时效处理138度，1.5小时。
相对于传统的屏蔽材料用铅合金，本专利申请保护的屏蔽材料用高强耐低温pb-li-mn铅锂合金具有极其优异的力学性能,该材料在铅合金中引入锂后微观结构产生显著变化，使得铅合金在凝固过程中先析出的共晶组织由片层状演变成骨架状、板条状、最后退化成块状。与此同时，硅的加入获得了细密弥散的另一共晶组织。合金的布氏硬度可达到传统铅合金的53倍左右，抗拉强度达到376mpa。该铅锂合金具有传统屏蔽材料用铅合金不具备的高强度,并在极低的温度下保持优异的塑性(延伸率在零下20度保持在29%左右)。用于极地环境下的核堆、医用放射源屏蔽、核废料处理等领域，可以有效地保障核反应堆系统的安全运行、提高系统运行寿命。该铅锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.6wt.%左右。