新型铌钨合金研制报告

1、银鸨合金棒材研究方法和技术路线1 .关键技术(1)固溶强化固溶强化是铝合金强化的途径之一。鸨、铝元素熔点高，原子半径与锯相接近形成固溶 体，对提高锂的高温强度和入编性能有利。(2)沉淀强化加入错等元素在一定温度下析出强化相，起到沉淀强化的作用。(3)加工强化通过反复”的加工方式增大总加工率已达到细化晶粒的作用，有效地改善了材料的内部组织，提高了材料的综合性能。2 .研究内容2.1 铸锭化学成分对力学性能的影响在铝基中加入少量的鸨、铝等元素形成固溶体时对基体有强化作用，固溶强化是强化铝合金一个重要的手段。鸨、铝的熔点高，原子半径与锯相接近形成固溶体时，对提高锂的高温强度和蠕变性能有利。Nb-W Nb-Mo相图和原子半径差对锯强度影响见下图。加入Zr、Y等微量元素所组成的化合物取代晶界的脆性相，减少晶界上非金属夹杂及间隙 元素的聚集，改善合金组织，可提高合金的耐热性、塑性，是合金易成型。由于新型铝合金 添加多种元素，要求铸锭成分均匀，元素含量控制在要求范围之内(铝鸨合金铸锭化学成分见表1-2)2.2 工艺对比试验和工艺参数2.2.1 锻造开坯工艺新型铝鸨合金铸锭采用中频机组感应加热，升温速

2、度较快，加热过程中会导致表面与中心之间形成很大的温度差，造成很大的热应力。 锻造时易产生裂纹， 在以后加工中便产生应力集中，导致裂纹的形成和扩展。一般采用分段加热，保温，以免温差过大产生热应力，减 小开裂程度。锻造工艺流程及工艺参数见表2-1表2-1 Nb-W-Mo-Zr工艺流程及工艺参数设备名称技术参数190KWfe阻炉加热200 c涂防氧化层2200KW中频电源加热1250 C/14 分钟31吨锻锤徽粗徽粗比1.4241吨锻锤拔长锻造比1.385200KW频机组加热1250 C/6 分钟61吨锻锤徽粗徽粗比1.6371吨锻锤拔长锻造比1.2581吨锻锤拔长锻造比2.97960C/60 分、5X 10-2 Pa9200KW真空退火炉消除应力退火1150c/60 分、5X10-2Pa10200KW真空退火炉再结晶退火1450 c/60 分、5X10-2Pa11检测对Nb-W-Mo-Zr-03-04批次锻造严重开裂进行分析，其铸锭组织是粗大的柱状晶组织，而且有害杂质聚集在晶界，削弱了晶间强度。且在铸造时产生的铸造应力及成分偏析，锻造前没有很好的热处理，锻造时铝鸨合金锭很容易开裂，甚至整个

3、铸锭报废。铸锭开裂情况见如下照片，2-4、2-5.新型铝鸨合金棒材锻造加工工艺及工艺参数基本相同，由于样品要求直径较大，但铸锭 较小，固采取徽粗一拔长一徽粗一退火一挤压一锻造等工序，增大加工率，提高力学性能。 当总加工率为80-98%,方能保证了室温和高温力学性能。开始时因设备温度限制，无法提高均匀化温度及热处理温度，由于温度过低故组织结晶效果不太好。后来经过试验确定锻造、挤压开坯为1250 c-1400 C加热，保温15-20分钟左右；最终样品960C-1210 c保温1小时消除应力退火，1420c-1550 C保温1小时再结晶退 火。退火温度不同，bb、b 0.2随温度的提高而下降，8随退火温度的提高而提高，见如下表 2-2表2- 2新型银鸨合金棒材不同退火温度力学性能比较编r退火温度/cb/ Mpao- 0.2 / Mpa8 / %硬态531.35480.7516.6960C/1h526.0451.518.21150C/1h488.2385.217.3Nb521-02-121320 C/1h442.85339.919.21450 C/1h436.0355.919.2gOO 10M

4、 HOG 12M 13IM 力府 15 火帆孙工图2-5新型银鸨合金棒材不同退火温度与力学性能的关系为了减少锻造开裂程度，Nb521-04-15批次采取了铸锭热处理工序，以达到消除铸造应力和降 低铸锭硬度目的。徽粗拔长时发现开裂，立即停止锻造，切除裂纹，增加热处理工序，再进 行徽粗拔长。经过变形的坯料，粗大的柱状晶得到一定程度的破碎，内部组织得到改善（见照片9）,强度性能和成品率均得到提高，力学性能对比见表2 3。对Nb521-04-15批次棒材心部，中部和边部分别测试力学性能，其结果差别不大（见表2-4）。表2 3力学性能对比批号状态o- b/ Mpaa0.2 / MpaS / %备注0204-12c15硬态531.35593.4480.7543916.628室温0204-1215退火态436.0482.8355.9352.119.233.31450 C/1h 真空退火0204-12c15高温13113612513129.127.71600 C2- 4 Nb521-04-15编号取样部位状态b/ Mpao- 0.2 / Mpa8 / %1中心硬态602.8467.826.034.52

5、中心硬态594.7463.625.736.93中心硬态592.6463.624.334.14边部硬态615.5487.327.731.42.3.2.2 挤压开坯工艺在三向应力状态下挤压棒材，有利于塑性差的稀有金属变形，经过大变形量变形，使晶粒充分破碎，改善金属综合性能。挤压过程中温度变化不大，变形均匀，保证了材料性能的一致性，且减少了开裂程度，提高了材料的成材率。因而从16批次开始挤压开坯工艺研究，其工艺流程及工艺参数见表 2 5。表2 4 Nb521-04-16 批工艺流程及工艺参数1真空炉热处理1300cx 14分钟保温，真空 5X 10-2Pa2焊包套焊封360KW频炉加热1250 c X 20 分钟4挤压机挤压3150吨，突破压力 240kg/cm2,5酸洗6真空炉热处理1300 X 60分钟保温,真空 5 X 10-2Pa7涂层700 c涂氧化层8100KW用频炉加热9锻锤锻造两火锻造。10酸洗10-15 % HF+30- 35% HNO+余水11真空炉热处理1450 C- 1600 C X 60 分钟12检测通过计算挤压力，同时对挤压设备状况、加热温度、降低摩擦力等条件的综

6、合考虑，使 4批次挤压试验很顺利，挤压棒表面较好，无开裂现象，而且挤压开坯棒材的综合力学性能 较好，Nb521-04-16挤压态和退火态棒材力学性能见表 26表2-6 Nb521-04-16挤压态和退火态棒材力学性能状态取向力性备注b b / Mpao- 0.2 / Mpa8 / %挤压态纵向565.76455.6536.15平均值横向474.2412.53.35退火态纵向414.7263.1536.5棒材经挤压、热处理、涂层、加热、锻粗、拔长至样品毛坯尺寸，采取不同的热处理温度进行综合性能数据测试，其力学性能和物理性能均超过技术要求。由于加工率较大，样品均在定温度热处理后达到完全再结晶（退火组织见图2.6）。Nb521-04-16综合性能见表27表27Nb521-04-16综合性能状态性能b b / Mpao- 0.2 / Mpa8 / %E小密度硬度硬态628.8526.520.415380044.61731210 c退火498.4378.428.817710055.21500 c退火331.9212.528.46720044.68.39/cm 31351600 c高温118116

7、29.88650094.52.3.2.3变形温度、变形程度、变形速度对新型铝鸨合金的影响在铝中添加5%W 2%Mq 1%Zr,起到强化基体的作用，在常温下很难塑性变形，根据 现有设备条件，采取加热锻造和挤压相结合实验。 在热加工时，一般在结晶点温度以上加工， 在此温度下，材料变形抗力低，可采用大变形量，充分破碎铸造组织，变形量在80 %以上,在规定的变形温度范围内，采用合适的变形程度和变形速度，铸造组织基本破碎，其抗拉强度有所提高。变形速度很快时，不仅变形抗力提高，而且会出现温度的不均匀，从而裂纹产生或性能恶化。在铸造过程中必须控制其锻打的快慢和轻重，一般开始时，轻快打达到一定变形后方可加重锤击， 保证铝合金锻件温度的均匀性和较高的加工塑性。在试验中。由于变形速度过高，影响加工塑性，为此在加工过程中必须考虑加热温度、变形热效应、变形程度、变形速度之间的关系。这些条件直接影响铝合金的组织与性能。2.4棒材综合性能分析与对比2.4.1 力学性能2.4.1.1 锻造开坯新型铝鸨合金棒材力学性能测试室温和高温力学性能均达到要求的标准，在1600 c时的高温力学性能比较稳定，高温抗拉强度在120

8、- 130Mpa之间。不同批次铝鸨合金棒材不同状态室温和高温力学性能对比见如 下表28、表29、表210。Nb521-02-12B不同温度弹性模量曲线见图27.表2 8 Nb521-02-12C不同退火温度的室温力学性能编P退火温度/cb b / Mpao- 0.2 / Mpa8 / %Nb521-02-12硬态531.35480.7516.61320 cx 1h442.85339.919.21450CX 1h436.0355.919.2表2 9 Nb521-02-12C不同退火温度的高温力学性能/b 0.2 / Mpao- b / MpaEt/Gpa8 5/ %1160012513183.529.1Nb521-02-12C2170097.910373.831.6960 cx 1h3180057.460.870.037.61160011711975.528.7Nb521-02-12C2170084.990.569.732.21450CX 1h3180058.362.664.134.42-10 Nb521-02-12试验温度/Co- 0.2 / Mpab/ MpaEt/Gpa8 5/ %

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