[发明专利]一种粉末冶金法制备铌合金板材的方法

说明书

技术领域

本发明属于难熔金属材料制备技术领域，具体涉及一种粉末冶金法制备铌合金板材的方法。

背景技术

目前先进航发机的涡轮进口温度大于1350℃，现在使用的镍基合金密度8.0g/cm³～9.2g/cm³，熔点1300℃～1350℃，工作最高温度小于1200℃，因此必须采用特殊的加工和冷却技术才能使用；比重大，使用温度受限使其在新型、先进航空航天器上的应用受限。通过减轻材料密度或质量，可以增加有效载荷、延长航程、降低燃料消耗，是航空航天设计的重要思路。新的Nb-Ti-Al系低密度铌合金是满足这些客观需求的重要的候选材料。由于其密度低、易加工和较好的抗氧化性成为引人关注的一类新材料，适用于航空航天工程重要高温零部件。该系列合金由于添加合金元素不同可分为包括Nb-Ti-Al系弹性合金、Nb-Ti-Al-V-Zr系合金和Nb-Ti-Al-Cr-Hf-W-Mo系合金等种类。

对于Nb-Ti-Al-V-Zr系铌合金，其属于低密度铌合金范畴，该合金的密度约5.8g/cm³～6.3g/cm³，大大低于Nb521或C103铌合金。该合金的研发始于上世纪90年代，M.R.Jackson等人对该合金的力学特性和制备方法做了比较详细的研究，并成功制备出了较大规格的板材(M.R.Jackson,Ductile low density alloys based on nioubium,Tungsten and Refractory Metals-1994)。其他文献中铌合金板棒材的制备通常首先采用电子束熔炼或等离子电弧熔炼制备铸锭，随后采用锻造或挤压加工的方法开坯，细化晶粒组织，提升合金塑性，最后通过锻造或轧制的方法将坯料制备成所需规格的板棒材。西北有色金属研究院近期采用类似方案成功制备出了该低密度铌合金板材并在文献中公开，其冷热加工性能优异。但是使用该工艺路线制备的铌合金板材，成品率较低，大约20％～30％，而且由于该合金硬度大、室温强度高，车削加工困难，超过1000℃消应力退火也不能明显软化材料，不利于边角料的回收再利用，难以降低合金制备成本。因此迫切需要研发一种简单经济的板材的制备方法。

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，提供一种粉末冶金法制备铌合金板材的方法。该方法不仅提高了合金材料的成品率，另一方面也提高了合金材料的利用水平，同时降低了成本，因此具有重要意义。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种粉末冶金法制备铌合金板材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对铌合金边角料依次进行打磨、酸洗、水洗和烘干处理，然后将烘干处理后的铌合金边角料置于管式氢化炉中，在温度为500℃～700℃的条件下渗氢2h～5h，之后将渗氢后的铌合金边角料破碎后置于加热炉中，在真空度不大于1.5×10^-1Pa，温度为800℃～1000℃的条件下脱氢3h～6h，接着对脱氢后的铌合金边角料依次进行筛分、酸洗、水洗和烘干处理，得到粒径为80μm～150μm的粗径粉末和粒径不大于50μm的细径粉末；

步骤二、将步骤一中所述粗径粉末、细径粉末和成形剂按质量比(1～3)∶1∶(0.02～0.04)混合均匀，得到混合粉末，然后将混合粉末装入包套中，置于粉末压机中压制成型，得到坯料；

步骤三、将步骤二中所述坯料置于真空炉中，以10℃/min～15℃/min的升温速率升温至1000℃～1300℃后保温3h～6h进行预烧结处理，之后采用真空电子束焊机对预烧结处理后的坯料进行封口焊接；

步骤四、将步骤三中焊接后的坯料置于热等静压机中，在温度为1200℃～1500℃，压制力为100MPa～150MPa的条件下热等静压6h～8h，随炉冷却后去除包套，将热等静压后的坯料依次进行酸洗、水洗和烘干处理后，得到板坯；

步骤五、对步骤四中所述板坯进行多道次热轧，得到半成品板材；所述热轧的温度为1000℃～1200℃；所述热轧的总变形量为50％～70％；

步骤六、对步骤五中所述半成品板材进行多道次冷轧，得到成品板材；所述冷轧的总变形量为50％～80％；

步骤七、将步骤六中所述成品板材置于真空炉中，在真空度不大于5.0×10^-2Pa，温度为900℃～1100℃的条件下保温1h～2h进行真空热处理，随炉冷却后得到铌合金板材。