[發明專利]一種釩鎢鈦合金球殼構件的制備方法

在審

• 申請號: 201811374964.7
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109338189A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 張全孝;田開文;黃偉;黃偉明;蘭蘭;閆志飛;高平;周春華
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院寧波分院
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;B22F3/02;B22F3/15;B22F3/17;B22F3/24;B22F5/10
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

一種釩鎢鈦合金球殼構件的制備方法，成分：鎢：6?7％、鈦：4?5％，其余為釩，將鎢粉、鈦粉和釩粉配料過篩，球磨機中混合均勻后加入到底模的型腔中，與沖頭配合壓制成預制球殼毛坯；將預制球殼毛坯在1000～1200℃溫度下熱等靜壓成型，在900～1100℃溫度模鍛成型，再于900～1100℃溫度0.5～5小時熱處理；接著以50～100℃/小時的冷卻速度冷卻，最后600～700℃下回火，室溫出爐，機加工得到成品。本發明工藝合理、材料利用率高，制備的釩鎢鈦合金球殼構件具有良好的抗輻射誘變膨脹和損傷、尺寸穩定性、高熱傳導性、較低的熱膨脹系數、較低的彈性模量、較好的抗蠕變性能、良好加工性能、與液體鋰具有良好的相容性、同時又具有優異的低生物危害的安全性和環保特性。

技術領域

本發明涉及一種球殼構件的制造工藝，尤其涉及一種釩鎢鈦合金球殼構件的制備方法。

背景技術

釩基合金是優良的聚變反應堆用結構材料，和其他金屬結構材料相比，釩基合金最顯著的優點是其在中子輻照條件下的低激活特性和優良的高溫強度性能。此外，釩基合金還具有良好的抗輻射誘變膨脹和損傷、良好的尺寸穩定性、高熱傳導性、較低的熱膨脹系數、較低的彈性模量、低生物危害的安全性和環保特性、較好的抗蠕變性能、良好的加工性能、與液體鋰具有良好的相容性等。釩基合金的特性決定了其在一些特定的環境中具有較好的應用前景，目前釩基合金主要應用在航空、國防、核聚變和高溫環境等領域。

早在20世紀60年代，國外就開始了對釩基合金的研究工作，直到20世紀90年代，隨著對聚變反應堆用材料的深入研究和為滿足科學研究及一些領域的特殊要求，美國、俄羅斯、歐盟和日本對釩基合金進行了大量系統的研究工作。長期以來我國對釩的研究和應用主要集中在鋼鐵工業，對釩基合金的研究只是最近幾年才開始。隨著科技發展對材料性能要求的提高，各國材料科研工作者對釩合金越來越重視，由于V-Cr-Ti合金的固有缺點，如高溫下容易氧化或者吸氧，致使合金塑性和韌性降低；在氫環境中使用吸氫嚴重，引起氫脆。為了克服這些缺點和進一步提高釩合金的綜合性能，采用以W代Cr的辦法，研究出釩鎢鈦合金，極大改善了合金的抗氫脆能力和進一步提高其高溫使用性能。

隨著人類對能源需求的不斷增加，以及煤、石油、天然氣等能源儲量的日益減少,核能將發揮更顯著的作用。核反應堆的建造是解決世界能源問題的重要舉措之一。釩合金是重要的聚變核反應堆候選結構材料，具有優良的低活化特性、高溫強度、耐液態金屬腐蝕、抗中子輻照腫脹等性能。因此,該合金在聚變核反應堆的第一壁、包層和偏濾器等結構的設計中備受關注。

目前，國內多家單位正在研制用于聚變核反應堆包層結構材料的釩合金，一般是采用電子束熔煉的工藝，先制成鑄錠再加工成球殼，這樣制備的球殼既達不到要求的性能指標又浪費了材料。更有些單位直接購買棒料加工制備釩合金球殼，此種方法材料浪費嚴重，材料的性能無法保障。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝合理、材料利用率高的釩鎢鈦合金球殼構件的制備方法，采用熱模鍛工藝進行制備，制備的釩鎢鈦合金球殼構件能達到產品要求的使用性能。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種釩鎢鈦合金球殼構件的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1)設計合金成分：鎢：6-7％、鈦：4-5％，其余為釩，雜質的總含量不大于0.1wt％，上述百分比為質量百分比；

2)按上述配比將鎢粉、鈦粉和釩粉進行配料過篩，在球磨機中混合均勻，將混合好的粉末加入到成型模具的底模的型腔中，與沖頭配合壓制成預制球殼毛坯；

3)將預制球殼毛坯在1000～1200℃溫度下熱等靜壓成型，然后在900～1100℃溫度下模鍛成型，再于900～1100℃溫度下進行0.5～5小時熱處理；

4)接著將熱處理后的球殼坯體以50～100℃/小時的冷卻速度進行冷卻，最后在600～700℃的溫度下回火，室溫出爐，機加工制成V-W-Ti合金球殼構件。