[发明专利]一种高微屈服强度和高延伸率的铍材的制备方法及其产品与应用

说明书

本发明公开了一种高微屈服强度和高延伸率的铍材的制备方法及其产品与应用，该方法包括以下步骤：将等静压铍材依次进行锻造前高温退火、四级动态再结晶锻造、锻造后稳定化处理后，得到高微屈服强度和高延伸率的铍材。本发明通过锻造前高温退火、四级动态再结晶锻造、锻造后稳定化处理的方法可以明显提高铍材的组织均匀化，细化晶粒，并消除材料残余应力，提高铍材稳定性。本发明处理后铍材的微屈服强度从30‑40MPa提高至60MPa以上，延伸率从1％提高至8％以上，室温放置六个月尺寸变化小于0.01％。采用本发明方法得到的铍材与热等静压铍材相比，致密度更高，达到99.5％以上。

技术领域

本发明属于粉末冶金材料加工领域，具体涉及一种高微屈服强度和高延伸率的铍材的制备方法及其产品与应用。

背景技术

铍材是一种战略性和关键性材料，具有众多独特优异的性能，主要表现为：在所有金属中比刚度最大，比热容最大，导热性能最好，热中子截面散射最大，轻金属中熔点最高。由于以上特性，铍材普遍应用于高尖端领域，如核反应堆的反射层、减速器，攻击型核潜艇、战略轰炸机等战略武器的惯导系统，美国新一代韦伯太空望远镜等科技装备，火箭控制舱壳、宇宙飞船外盖板、卫星安装架等航空航天系统。

虽然铍材具备众多优异的性能，但其延伸率低限制了其作为结构材料的应用发展。铍材是密排六方结构(HCP)，室温时4个滑移系，易基面解理，延伸率较低，室温时表现为脆性特征；由于低塑性，在加工和成型过程中易发生断裂、机械损伤，且加工残余应力演化规律复杂；铍材的微屈服强度受晶粒尺寸、初始织构等内在微结构因素影响，在拉伸、压缩之间力学性能有明显不对称性。铍材的脆性、低塑性、难加工、低微屈服强度等特性难以保障其作为航空航天结构部件的稳定性和服役寿命。

塑性变形是一种通过改善组织结构来提高材料力学性能的有效方法。大量研究表明，通过挤压、轧制、锻造等压力加工方法可显著细化材料晶粒，提高其强度和塑性。对于粉末冶金铍材而言，塑性变形方法提高铍材延伸率、微屈服强度具有很大的发展潜力。其中，多级锻造技术具有强大的细化晶粒的能力，在工艺中，作用于材料上的真应变很大，材料在形变过程中，受到变化的轴向外加载荷作用，产生剧烈的塑性变形，配合温度条件下的再结晶过程，达到细化晶粒、改善低塑性、提高微屈服强度的效果。

目前，去应力退火、固溶时效处理、冷热循环处理是铍材调控的传统方法。通过将材料加热到一定温度进行一定时间保温进行固溶、时效、去应力，或在一定温度范围内冷热循环，可以在一定程度上消除残余应力，稳定杂质元素和杂质相，但由于铍在1250℃以下不发生相变，且杂质元素含量较少的特点，因此采用单一或复合的去应力退火处理、冷热循环处理、高温固溶、时效处理等方法不会引发析出相强化、细晶强化、形变强化等机制从而提高微屈服强度，也不能改善铍密排六方结构决定的低塑性、低延伸率。

因此，研究一种提高铍材微屈服强度和延伸率的方法，成为本领域的亟需。

发明内容

本发明的目的是提供一种高微屈服强度和高延伸率的铍材的制备方法及其产品与应用，本发明的方法可以制备出组织均匀、晶粒细化、高微屈服强度和高延伸率的铍材，从而实现铍材在制备航空、海装、核反应堆等结构部件中的应用。

本发明这种高微屈服强度和高延伸率的铍材的制备方法，包括以下步骤：将等静压铍材依次进行锻造前高温退火、四级动态再结晶锻造、锻造后稳定化处理后，得到高微屈服强度和高延伸率的铍材。

所述锻造前高温退火的具体步骤为：通过等静压将铍材压制成方坯，接着加热至退火温度，保温，随炉冷却至第一级锻造温度，得到高温退火处理后的铍材，准备进行锻造。

所述退火温度为1000～1100℃，保温时间为30～60min，第一级锻造温度为700～800℃。