[發(fā)明專利]一種Nb?Si?Ti?W?Cr合金棒材及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610272566.9
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN105803283B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喻吉良;鄭欣;張如;李來平;王峰;蔡小梅;裴雅
• 申請（專利權(quán)）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;C22C30/00;C22C1/03;C22F1/18
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所61213
• 代理人: 譚文琰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Nb-Si-Ti-W-Cr合金棒材及其制備方法。

背景技術(shù)

先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)需要一種超過目前鎳基超合金使用溫度極限的新材料。這種新材料需具有高熔點、低密度、1300～1400℃抗氧化和優(yōu)異的高溫強(qiáng)度等特點。難熔金屬具有熔點高、高溫強(qiáng)度高和彈性模量大等特點，人們又開始重新考慮難熔金屬在航空發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用。在所有的難熔金屬中，鈮最有可能在航空發(fā)動機(jī)上得到應(yīng)用。鈮和其它強(qiáng)化元素都有高的固溶極限。鈮在室溫下具有良好的延性和相對低的密度(8.56g/cm³)，但是在單相情況下，大幅提高其力學(xué)性能以達(dá)到在高推重比發(fā)動機(jī)上應(yīng)用的前景有限，并且鈮的抗氧化性能極差，進(jìn)一步限制了其使用范圍。然而Nb₅Si₃金屬間化合物具有高溫抗氧化性能，并且具有極高的高溫強(qiáng)度。Nb-Si系合金由原位自生的Nb₅Si₃金屬間化合物相和鈮固溶體(Nbss)相復(fù)合構(gòu)成，該材料具有高熔點、低密度、高強(qiáng)度和較好的抗氧化性能，最有可能作為下一代先進(jìn)噴氣發(fā)動機(jī)的候選材料。然而，這些Nb-Si系合金的一個普遍特點是室溫下非常脆，這是由于采用傳統(tǒng)方法制備的Nb-Si系合金微觀組織由粗大的樹枝狀金屬間化合物和鈮固溶體(Nbss)組成。這種樹枝狀金屬間化合物相和Nbss相熱膨脹系數(shù)及力學(xué)性能不匹配，很容易產(chǎn)生微裂紋，使室溫斷裂韌性很低，在室溫條件下沒有塑性，難以加工成形；同時也降低了合金材料的高溫抗拉強(qiáng)度，惡化了材料的抗氧化性能。因此，必須通過多成分合金化及工藝控制，獲得具有致密、均勻、顆粒細(xì)小的合金顯微組織來克服Nb-Si系合金室溫脆性等缺點，使Nb-Si系合金室溫塑韌性、高溫強(qiáng)度和抗氧化性能達(dá)到良好平衡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種Nb-Si-Ti-W-Cr合金棒材，該Nb-Si-Ti-W-Cr合金棒材的密度為6.8g/cm³～7.5g/cm³，氧含量為76ppm～93ppm，室溫抗拉強(qiáng)度為573MPa～756MPa、延伸率為2.1％～6.7％，1400℃的抗拉強(qiáng)度為159MPa～315MPa，在1400℃空氣環(huán)境中氧化100h后材料損失為0.27mg/cm²～0.12mg/cm²，該Nb-Si-Ti-W-Cr合金棒材具有密度低、強(qiáng)度高和抗氧化等特點，能夠在1400℃空氣環(huán)境中使用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種Nb-Si-Ti-W-Cr合金棒材，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Si 2.4％～6.7％，Ti 5％～25％，W 5％～15％，Cr 2％～8％，余量為Nb和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種Nb-Si-Ti-W-Cr合金棒材，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Si 3.1％～6.1％，Ti 10％～20％，W 7％～15％，Cr 3％～7％，余量為Nb和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種Nb-Si-Ti-W-Cr合金棒材，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Si 3.7％，Ti 15％，W 15％，Cr 5％，余量為Nb和不可避免的雜質(zhì)。

另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述Nb-Si-Ti-W-Cr合金棒材的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、采用濕法球磨的方法將鈮粉、硅粉、鈦粉、鎢粉和鉻粉混合均勻，真空烘干后得到混合粉末；

步驟二、將步驟一中所述混合粉末壓制成型，得到坯料，然后將所述坯料置于真空燒結(jié)爐中，在真空度不大于5×10^-1Pa，溫度為1500℃～1600℃的條件下保溫2h～3h進(jìn)行燒結(jié)處理，隨爐冷卻后得到燒結(jié)體；

步驟三、將步驟二中所述燒結(jié)體置于電子束熔煉爐中，在真空度不大于1×10^-2Pa的條件下電子束熔煉2～5次，自然冷卻后進(jìn)行扒皮處理，得到鑄錠；所述電子束熔煉的電流為1A～2A，所述電子束熔煉的電壓為60kV～80kV；

步驟四、將步驟三中所述鑄錠在溫度為1200℃～1400℃，擠壓比為5～7的條件下進(jìn)行擠壓，自然冷卻后進(jìn)行扒皮處理，得到半成品棒坯；

步驟五、將步驟四中所述半成品棒坯在擠壓溫度為1100℃～1300℃，擠壓比為4～6的條件下進(jìn)行擠壓，自然冷卻后進(jìn)行扒皮處理，得到Nb-Si-Ti-W-Cr合金棒材。