[发明专利]一种Nb‑Hf‑Zr‑TiO2合金棒材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金棒材技术领域，具体涉及一种Nb-Hf-Zr-TiO₂合金棒材及其制备方法

背景技术

铌合金在20世纪50年代就曾作为航空航天、核工程及飞行器发动机的候选材料而被广泛研究。虽然铌合金在室温塑性、加工成形性能、密度和熔点等方面很诱人，但它较差的疲劳强度成为其作为高温结构材料应用的主要障碍。同时，当使用温度超过1100℃时，铌合金的抗蠕变性能显著下降。在铌中添加合金元素(Mo、Ta、V、W、Hf、Zr、Ti等)，可形成合金浓度高的铌合金，其高温力学性能显著提高，并且加工性能良好，故用作高温结构材料。虽然通过合金化改性可使铌合金高温力学性能和疲劳强度得到一定程度的改善，但大幅提高其力学性能使其在下一代高推重比发动机上得到应用的前景有限。因此，必须通过第二相弥散强化来克服单相铌合金的缺点，设计一种在多相铌合金中增加陶瓷相，并通过合金化及工艺控制，使陶瓷相微小粒子均匀弥散在铌基体上，从而使其室温力学性能、高温力学性能和疲劳强度得到显著提高，同时合金的室温塑性没有明显降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种Nb-Hf-Zr-TiO₂合金棒材。该合金棒材的室温抗拉强度为890MPa～987MPa、室温延伸率为21％～32％，经5×10⁶次循环疲劳试验后的疲劳强度为405MPa～463MPa，1300℃的抗拉强度为305MPa～389MPa，由此证明该 Nb-Hf-Zr-TiO₂合金棒材具有良好的室温塑性和抗拉强度，优异的疲劳强度和高温抗拉强度，能够用于航空涡轮发动机中的发动机构件。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Nb-Hf-Zr-TiO₂合金棒材，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：Hf 2％～8％，Zr 3％～7％，TiO₂ 4％～10％，余量为Nb。

上述的Nb-Hf-Zr-TiO₂合金棒材，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：Hf 3％～7％，Zr 4％～6％，TiO₂ 5％～9％，余量为Nb。

上述的Nb-Hf-Zr-TiO₂合金棒材，其特征在于，由以下重量百分含量的成分制成：Hf 5％，Zr 5％，TiO₂ 7％，余量为Nb。

上述的Nb-Hf-Zr-TiO₂合金棒材，其特征在于，所述Hf、Zr、TiO₂和Nb均为粉状原料，其中铪粉和锆粉的粒度均不大于10μm，二氧化钛粉体的粒度不大于5μm，铌粉的粒度不大于20μm。

上述的Nb-Hf-Zr-TiO₂合金棒材，其特征在于，所述铪粉、锆粉和二氧化钛粉体的质量纯度均不小于99.5％，所述铌粉的质量纯度不小于99.9％。

另外，本发明还提供了一种制备上述的Nb-Hf-Zr-TiO₂合金棒材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将Nb、Hf、Zr和TiO₂置于球磨机中，在氩气气氛保护下球磨混合均匀，得到混合粉末；

步骤二、将步骤一中所述混合粉末压制成型，得到坯料；

步骤三、将步骤二中所述坯料装入壳体，对壳体抽真空，待待排空壳体内的空气后密封壳体；

步骤四、将步骤三中密封于壳体内的坯料置于热等静压炉中，在温度为1500℃～1600℃，压力为150MPa～200MPa的条件下热等静压烧结1h～2h，自然冷却后脱除壳体，得到Nb-Hf-Zr-TiO₂合金烧结体；

步骤五、将步骤四中所述Nb-Hf-Zr-TiO₂合金烧结体在挤压温度为1000℃～1200℃，挤压比为6～10的条件下进行挤压，自然冷却后进行扒皮处理，得到Nb-Hf-Zr-TiO₂合金棒材。

上述的方法，其特征在于，步骤一中所述球磨机的球磨转速为200r/min～300r/min，所述球磨机的球磨的时间为10h～20h。

上述的方法，其特征在于，步骤三中所述壳体为空心圆柱形结构，所述壳体的材质为纯钛。

上述的方法，其特征在于，步骤五中所述挤压温度为1050℃～1150℃，挤压比为7～9。

本发明与现有技术相比具有以下优点：