[发明专利]一种深冷环境用轻质铌合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种深冷环境用轻质铌合金材料及其制备方法和应用，属于合金制备技术领域，用以解决现有铌合金在低温区间很难有高强度、高韧性的技术问题。通过钨、钼、铼、铪、钛、铝、钒、铬、锆等元素多元合金化和合适的配比大大降低了轻质铌合金的塑‑脆转变温度，通过固溶强化铌合金，提高合金的高温强度；加入低密度元素来降低合金的密度；本发明制备的深冷环境用轻质合金材料在零下196℃仍具有高强度、高韧性和优异的塑性等出色的性能；同时该合金密度低、在1000℃高温仍具有良好的力学性能和超塑性；该合金可广泛用于深空探索、南极和北极探索等领域。

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种深冷环境用轻质铌合金材料及其制备方法。

背景技术

铌合金具有高比强度、高比刚度、高熔点(2468℃)、耐腐蚀和冷热成形性能好等优点，是航空航天和先进武器装备等领域非常具有应用前景的材料，也是我国国防事业急需的先进材料，被广泛用于制造火箭发动机喷管、高超音速飞机、飞船、导弹、卫星以及核反应堆的关键部件。由于其服役环境的特殊性，要求铌合金同时在高温和低温均具有一定的强度和韧性。此外，为了满足此类部件对于减重方面的需求，要求降低材料的密度。

现阶段使用的较为成熟的商用铌合金多为C103(Nb-10Hf-1Ti-0.7Zr)和 Nb521(Nb-5W-2Mo-1Zr)。我国研制的Nb521铌钨合金(Nb-5W-2Mo-1Zr)与苏联研制的5BMV合金相似。5BMV合金在苏联应用于双元液体火箭发动机推力室身部的制造，在硅化钼高温抗氧化涂层的保护下推力室的工作温度可达到1550℃左右，大幅度减少了用于冷却燃烧室的推进剂流量，有利于提高发动机的性能。随着更多型号发动机研制的需求，Nb521铌钨合金在我国航天领域的使用更加广阔，不但在双元液体火箭发动机上使用，其他高速飞行器某些高温部件也开始使用。然而，铌钨、铌铪等合金的密度较高，不能满足新一代航空飞行器对减重的迫切要求。为了获得更低密度合金，研究人员已经开发了多种低密度铌合金体系，比如Nb-Ti-Al、Nb-Ti-Al-Cr、Nb-Ti-Al-Mo、Nb-Ti-Al- Cr-W等。但是评判一种材料是否可用，需综合考虑合金的密度、高温强度和塑 -脆转变温度等特性，其中塑-脆转变温度对于低密度铌合金尤为重要，因为高超音速飞机和航空航天飞行器等都需要在数万米高空甚至是太空环境下运行，其工作温度范围可以从1000℃以上到零下100℃甚至更低的温度。铌合金普遍具有较好的高温性能，然而在低温区，铌合金往往会发生塑-脆转变，塑性急剧下降，材料呈现出较大的脆性。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种深冷环境用轻质铌合金材料及其制备方法，用以解决现有铌合金在低温区间很难有高强度、高韧性的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种深冷环境用轻质铌合金材料，以质量百分比计，所述深冷环境用轻质铌合金材料的制备原料包括：18％～48％的Ti、0％或2％～10％的 Al、0％或3％～7％的V、0％或0.5％～5.5％的Zr、0％或1％～6％的Cr、0％或 2％～10％的W、0％或2％～10％的Mo、0％或2％～10％的Re、0％或2％～10％的Hf以及余量的Nb。

本发明公开了一种深冷环境用轻质铌合金材料，以质量百分比计，所述深冷环境用轻质铌合金材料的制备原料包括：18％～48％的Ti、2％～10％的Al、 3％～7％的V、2％～10％的W、0.5％～5.5％的Zr、1％～6％的Cr，以及余量的 Nb。

本发明公开了一种深冷环境用轻质铌合金材料，以质量百分比计，所述深冷环境用轻质铌合金材料的制备原料包括：18％～48％的Ti、2％～10％的Al、 3％～7％的V、2％～10％的Mo、0.5％～5.5％的Zr，1％～6％的Cr，以及余量的 Nb。