改善大规格Nb-Ti合金棒材组织均匀性的加工方法与流程

本发明涉及合金棒材加工技术领域，尤其涉及一种改善大规格nb-ti合金棒材组织均匀性的加工方法。

背景技术：

nb-ti超导合金中的钛含量在44～65%（wt），该合金不仅具有良好的室温、高温力学性能和耐蚀性能，而且具有优异的冷热加工性能、成形性和焊接性能。而本专利主要研究的的nb-ti超导合金铌含量在45～54%（wt/%），主要用于超导核磁共振（mri）系统、核磁共振扫描仪(nmr)、超导腔领域，所以对外径规格为φ160～240mmnbti棒材晶粒尺寸均匀性具有较高的要求，以保证后期成品丝材加工变形的均匀性、质量稳定性。

国内能做nb-ti材料的厂家极少，目前在材料的化学成分、性能控制等方面具备了相对比较成熟的技术，并具有一定的生产能力。为改善材料的性能，传统工艺采用常规镦拔（单一轴向镦拔）、加大变形量等锻造方式加工棒材，极易造成心部过热或心部锻不透，使心部晶粒尺寸过大，造成心部、边部晶粒尺寸偏差过大、棒材两端晶粒度差别大等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种改善大规格nb-ti合金棒材组织均匀性的加工方法。

一种改善大规格nb-ti合金棒材组织均匀性的加工方法，该nb-ti合金棒材组织均匀性的加工方法包括以下步骤，

（1）棒坯制备：a.开坯锻造：将nbti铸锭加热至1150～1250℃，进行2火次镦拔锻造，并保证每火次变形量大于85%，使原始铸态组织得到充分破碎，得到均匀的β晶粒；

b.高温均匀化热处理：将步骤a中经过开坯锻造后的坯料在1100～1300℃的条件下保温20h，进行均匀化热处理，使棒坯内的金属原子剧烈运动，从而使金属原子分布的更加均匀紧密；

（2）中间坯料锻造：将步骤b中高温均匀化热处理后的坯料在950～1100℃的温度条件下再进行3～4火次锻造，每火次变形量大于75%；

（3）成品锻造：将步骤（2）中经过锻造后的中间锻坯在900～1000℃进行2～3火次拔长锻造，每火次变形量25～40%，锻后均采用空冷处理；

（4）热矫直：将步骤（3）中经过成品锻造后的坯料在800～900℃的条件下保温1.5～2h；

（5）表面处理：将步骤（4）中经过热矫直处理后的坯料先进行机械加工去除外层氧化皮，在进行表面抛光的方式，抛磨去除0.05～0.1mm；

（6）光亮化处理：将步骤（5）中经过抛光处理后的坯料采用酸洗、水洗和烘干处理，最终得到成品。

本发明采用上述技术方案，其有益效果在于：本发明采用的生产nbtiφ160～240mm棒材通过采用开坯足够变量，为后续均匀化热处理提供更多的畸变能，提高原子扩散能力，促使均匀化热处理更加充分效果更好。均匀化热处理后采用两次径向锻造，保证棒材两端变形均匀一致，同时在两次径向锻造中间采用一火次轴向镦拔锻造，提高棒材组织均匀性。

镦拔过程结束后，棒材从大截面坯料开始向小截面坯料变形的整个拔长过程，坯料拔长过程使坯料横截面始终处于圆形的变形过程，保证横截面变形均匀。

附图说明

图1为实施本发明后金属材质内部组织的结构示意图。

图2为实施本发明后金属材质内部组织的结构示意图。

具体实施方式

请参看图1至图2，本发明实施例提供了一种改善大规格nb-ti合金棒材组织均匀性的加工方法，该nb-ti合金棒材组织均匀性的加工方法包括以下步骤，

（1）棒坯制备：a.开坯锻造：将nbti铸锭加热至1150～1250℃，进行2火次镦拔锻造，并保证每火次变形量大于85%，使原始铸态组织得到充分破碎，得到均匀的β晶粒；开坯锻造过程中，第一火次镦拔锻造的温度为1180℃，压下量90mm，第二火次镦拔锻造的温度为1155℃，压下量90mm；

b.高温均匀化热处理：将步骤a中经过开坯锻造后的坯料在1100～1300℃的条件下保温20h，进行均匀化热处理，使棒坯内的金属原子剧烈运动，从而使金属原子分布的更加均匀紧密；

（2）中间坯料锻造：将步骤b中高温均匀化热处理后的坯料在950～1100℃的温度条件下再进行3～4火次锻造，每火次变形量大于75%，每进行两火次径向锻造后，并在两火次径向锻造中间进行一火次轴向镦拔，通过这种锻造方式，可以保证棒坯头尾、横截面变形均匀一致，内部金属组织更加均匀紧密，解决了目前采用的锻造方式会出现锻造死区，坯料变形不均匀，内部金属组织不均匀的问题；在锻造过程中，1～2火次的锻造温度保持在1075℃，3火次的锻造温度保持在1025℃，4火次的锻造温度保持在975℃；

（3）成品锻造：将步骤（2）中经过锻造后的中间锻坯在900～1000℃进行2～3火次拔长锻造，每火次变形量25～40%，锻后均采用空冷处理；在锻造过程中，1～2火次的锻造温度保持在975℃，3火次的锻造温度保持在925℃；在坯料拔长过程中可以使坯料横截面始终处于圆形的锻造过程，保证整个横截面均匀变形；

（4）热矫直：将步骤（3）中经过成品锻造后的坯料在800～900℃的条件下保温1.5～2h；

（5）表面处理：将步骤（4）中经过热矫直处理后的坯料先进行机械加工去除外层氧化皮，再进行表面抛光的方式，抛磨去除0.05～0.1mm；

（6）光亮化处理：将步骤（5）中经过抛光处理后的坯料采用酸洗、水洗和烘干处理，最终得到成品。

实施例2

一种改善大规格nb-ti合金棒材组织均匀性的加工方法，该nb-ti合金棒材组织均匀性的加工方法包括以下步骤，

（1）棒坯制备：a.开坯锻造：将nbti铸锭加热至1150～1250℃，进行2火次镦拔锻造，并保证每火次变形量大于85%，使原始铸态组织得到充分破碎，得到均匀的β晶粒；开坯锻造过程中，第一火次镦拔锻造的温度为1170℃，压下量80mm，第二火次镦拔锻造的温度为1150℃，压下量80mm；

b.高温均匀化热处理：将步骤a中经过开坯锻造后的坯料在1100～1300℃的条件下保温20h，进行均匀化热处理，使棒坯内的金属原子剧烈运动，从而使金属原子分布的更加均匀紧密；

（2）中间坯料锻造：将步骤b中高温均匀化热处理后的坯料在950～1100℃的温度条件下再进行3～4火次锻造，每火次变形量大于75%，每进行两火次径向锻造后，并在两火次径向锻造中间进行一火次轴向镦拔，通过这种锻造方式，可以保证棒坯头尾、横截面变形均匀一致，内部金属组织更加均匀紧密，解决了目前采用的锻造方式会出现锻造死区，坯料变形不均匀，内部金属组织不均匀的问题；在锻造过程中，1～2火次的锻造温度保持在1050℃，3火次的锻造温度保持在1000℃，4火次的锻造温度保持在950℃；

（3）成品锻造：将步骤（2）中经过锻造后的中间锻坯在900～1000℃进行2～3火次拔长锻造，每火次变形量25～40%，锻后均采用空冷处理；在锻造过程中，1～2火次的锻造温度保持在950℃，3火次的锻造温度保持在900℃；在坯料拔长过程中可以使坯料横截面始终处于圆形的锻造过程，保证整个横截面均匀变形；

（4）热矫直：将步骤（3）中经过成品锻造后的坯料在800～900℃的条件下保温1.5～2h；

（5）表面处理：将步骤（4）中经过热矫直处理后的坯料先进行机械加工去除外层氧化皮，再进行表面抛光的方式，抛磨去除0.05～0.1mm；

（6）光亮化处理：将步骤（5）中经过抛光处理后的坯料采用酸洗、水洗和烘干处理，最终得到成品。

实施例3

一种改善大规格nb-ti合金棒材组织均匀性的加工方法，该nb-ti合金棒材组织均匀性的加工方法包括以下步骤，

（1）棒坯制备：a.开坯锻造：将nbti铸锭加热至1150～1250℃，进行2火次镦拔锻造，并保证每火次变形量大于85%，使原始铸态组织得到充分破碎，得到均匀的β晶粒；开坯锻造过程中，第一火次镦拔锻造的温度为1190℃，压下量100mm，第二火次镦拔锻造的温度为1160℃，压下量100mm；

b.高温均匀化热处理：将步骤a中经过开坯锻造后的坯料在1100～1300℃的条件下保温20h，进行均匀化热处理，使棒坯内的金属原子剧烈运动，从而使金属原子分布的更加均匀紧密；

（2）中间坯料锻造：将步骤b中高温均匀化热处理后的坯料在950～1100℃的温度条件下再进行3～4火次锻造，每火次变形量大于75%，每进行两火次径向锻造后，并在两火次径向锻造中间进行一火次轴向镦拔，通过这种锻造方式，可以保证棒坯头尾、横截面变形均匀一致，内部金属组织更加均匀紧密，解决了目前采用的锻造方式会出现锻造死区，坯料变形不均匀，内部金属组织不均匀的问题；在锻造过程中，1～2火次的锻造温度保持在1100℃，3火次的锻造温度保持在1050℃，4火次的锻造温度保持在1000℃；

（3）成品锻造：将步骤（2）中经过锻造后的中间锻坯在900～1000℃进行2～3火次拔长锻造，每火次变形量25～40%，锻后均采用空冷处理；在锻造过程中，1～2火次的锻造温度保持在1000℃，3火次的锻造温度保持在950℃；在坯料拔长过程中可以使坯料横截面始终处于圆形的锻造过程，保证整个横截面均匀变形；

（4）热矫直：将步骤（3）中经过成品锻造后的坯料在800～900℃的条件下保温1.5～2h；

（5）表面处理：将步骤（4）中经过热矫直处理后的坯料先进行机械加工去除外层氧化皮，在进行表面抛光的方式，抛磨去除0.05～0.1mm；

（6）光亮化处理：将步骤（5）中经过抛光处理后的坯料采用酸洗、水洗和烘干处理，最终得到成品。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。