[发明专利]一种制备中间合金强化的锆钛合金的方法

说明书

技术领域本发明属于材料技术领域，特别涉及一种合金的制备方法。

背景技术锆和钛在元素中期表中属于同一主族，锆合金和钛合金具有很多相 似的特性，如强度高、耐蚀性好、耐热性好、生物相容性好等。金属锆具有中 子吸收面积小、高耐蚀性和高熔点(1860℃)等特性，使得其在核工业中得到 了广泛的应用。钛合金具有高比强度及优异的高温性能等特性，在机械自动化 和航空工业中得到了重要应用。随着锆钛合金种类的不断丰富和发展，锆钛合 金作为工程结构件材料逐渐得到关注，其在许多方面尤其是在航空航天工业领 域中的应用越来越多。

锆钛基合金的铸态组织粗大，为了提高其力学性能，通常是采用锻造手段， 工业上一般是经过三次以上的墩拔来细化原始的粗大晶粒，从而达到提高力学 性能的目的。但这种方法需要配套大型加热炉和锻造设备，而且锻造温度的控 制困难。每次锻造之前，还需要对上一次形成的锻坯进行车削加工或表面打磨 以去除表面的氧化层，这些附加的工艺过程都会导致锆钛基合金的制造周期和 成本增加。

发明内容本发明的目的在于提供一种能耗低、硼元素分布更加均匀的锆钛基 合金及其制备方法。本发明是以Zr-62Ti-5Al-3V合金为基础，以硼的中间合金 Al-5Ti-1B取代部分Zr-62Ti-5Al-3V合金中的钛，经非自耗电弧熔炼炉熔炼，得 到强化的锆钛基合金。

本发明的中间合金强化的锆钛合金的原材料质量百分比(wt％)为：工业级海 绵钛(Ti)52～66、海绵锆(Zr)30、中间合金(Al-5Ti-1B)1～15、高纯钒 (V)3，余量为不可避免的杂质。

上述中间合金强化的锆钛合金的制备方法如下：

1、备料：将上述各种原材料放在无水乙醇中，用超声波震荡清洗干净，然 后将洗干净的原料放入真空干燥箱中完全烘干；

2、铸锭：将步骤1处理好的原材料放入非自耗真空电弧熔炼炉中，真空度 为4×10^-3～5×10^-3Pa，钨极引弧后，熔炼电极电流保持在200～300A，在此条件 下反复熔炼5～6次，每次熔炼时间为1.5～2分钟，每次熔炼完成之后，等待铸锭 高温的红热色退去，再进行下一次的熔炼，最后得到成分均匀的锆钛合金铸锭。

性能检测：

用线切割在铸锭上切取φ＝5mm，d＝1mm的薄片，将薄片表面砂纸由粗到 细打磨，最后置于无水乙醇中用超声波震荡清洗5分钟，用吹风机低温吹干， 将这一试样做DSC试验，得到合金的相变起始温度和终止温度。

(1)热轧态拉伸

由于铸锭尺寸小，无法切取拉伸试样，故先对铸锭进行热轧，获得平板状的 合金试样。在热轧前，先用游标卡尺确定铸锭的厚度，用铸锭在轧机上确定好 轧辊的间距，使未变形铸锭恰好可以通过轧辊间距。在此基础上，确定第一次 轧制的下压量为1.35mm，每一道次轧制完成后都调节下压量。将步骤2的合金 铸锭在870℃的马弗炉中加热，保温30分钟，保证铸锭完全热透。取出铸锭在 轧制机上进行多道次轧制，铸锭轧制完成后将铸锭再放入马弗炉中870℃保温5 分钟，取出再进行同向轧制，即沿着上一次轧制的方向进行轧制，经过多次轧 制直至需要的厚度，空冷至室温。

轧制在合金的两相区进行，轧制温度根据合金DSC试验结果确定。将轧制 后的合金加工成标准拉伸试样，测试其力学性能，本发明合金轧制后的室温拉 伸力学性能为:：σ_b≥1427MPa，σ_0.2≥1053MPa，δ≥7.8％。室温单轴拉伸试验在 instron5982力学性能测试系统上进行，拉伸速度为：0.375mm/min。并用引伸 计全程跟踪测量试样在拉伸过程中的长度变化。

(2)铸态压缩：上述部分合金铸锭切取高径比为2:1的压缩棒，用水砂纸 沿径向将压缩棒上的氧化皮磨掉，压缩棒两端同样磨去氧化皮。室温压缩试验 在instron5982力学性能测试系统上进行，压缩速度为：0.18mm/min。并用引 伸计全程跟踪测量试样在压缩过程中的长度变化。