[發明專利]一種高強度鋯合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201910365917.4
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110079701B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 夏超群;張星;李強;劉日平;馬明臻;張新宇;楊泰
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/03;C22F1/18
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種高強度鋯合金及其制備方法。該合金的成分質量百分比為：鋁(Al)：0.85～3.2％，釩(V)：0.6～3.72％，鉿(Hf)：0.1～5％，余量為鋯和不可避免的雜質；制備中，通過多道次軋制變形，使得到的鋯合金在成本比傳統鋯合金大大降低的情況下，取得了優異的抗拉強度和屈服強度。

技術領域

本發明涉及航天材料技術領域，尤其涉及一種高強度鋯合金及其制備方法。

背景技術

鋯(Zr)與鋯合金因具有低的熱中子吸收截面，良好的耐輻照性能，優異的耐腐蝕性能，適中的力學性能以及加工性能而被作為包殼材料廣泛應用于核工業中。此外，鋯還具有高的比強度，高熔點，良好的抗高溫蠕變性能，抗原子氧侵蝕，耐質子輻照，低的熱膨脹系數等優點，可作為航天結構材料在太空極端環境下服役。但傳統鋯合金多為針對核工業開發，為了控制熱中子吸收截面和保持良好的耐腐蝕性能，核用鋯合金的合金元素主要為鈮和錫，并且合金含量控制在較低的水平，這導致了核用鋯合金的強度較低(300Mpa～700MPa)，并難以達到高強度結構件對力學性能的要求。此外，核用鋯合金的制備原料為鉿含量小于萬分之一的原子能級海綿鋯，成本極高。因此，研究開發新型航天用高強度鋯合金具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是解決傳統鋯合金強度較低不能滿足高強度結構件對力學性能的要求這一問題，提供了一種低成本高強度的新型航天用鋯合金及其制備方法。該合金在金屬鋯中同時添加適合比例的Al和V，通過多道次軋制變形，使得到的鋯合金在成本比傳統鋯合金大大降低的情況下，取得了優異的抗拉強度和屈服強度。

本發明的技術方案為：

一種高強度鋯合金，該合金的成分質量百分比為：鋁(Al)：0.85～3.2％，釩(V)：0.6～3.72％，鉿(Hf)：0.1～5％，余量為鋯和不可避免的雜質。

所述的新型高強度鋯合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)配料：按照成分的配比，分別稱取海綿鋯、純鋁和純釩；海綿鋯中含有質量百分比為2％的鉿；

(2)原料準備：將所述步驟(1)得到的原材料分別用超聲波清洗儀在無水乙醇中清洗，然后烘干；

(3)合金熔煉：將所述步驟(2)得到的原材料按熔點從低到高的順序合理布料于非自耗氬弧爐水冷銅坩堝中，對熔煉爐抽真空，直至真空度達到1*10^-3Pa～1*10^-4Pa，向熔煉爐中充入高純氬氣至0.05MPa；對合金熔煉前，先另取純鋯進行熔煉，吸收爐體內殘余氧氣，然后開始對合金開始熔煉，熔煉電流為300～500A，反復熔煉6～8次；

(4)合金熱加工：將所述步驟(3)得到的鑄態合金置于800～950℃馬弗爐中保溫30分鐘，進行5～15道次軋制每道次變形量為10％～20％，總變形量為75％～95％，最后一道次軋制后對合金進行水淬，即得到所制備的合金。

所述的純鋯為工業級海綿鋯；純鋁為工業純鋁，純釩為工業純釩。

本發明的有益效果為：

1、本發明采用未經鋯鉿分離的工業級海綿鋯為制備原料，成本比傳統鋯合金大大降低。

2、本發明的新型鋯合金采用多道次軋制變形，最后一道次軋制后對合金進行水淬處理，后續不再需要進行熱處理便可獲得等軸晶組織，顯著提高鋯合金的強度，其抗拉強度在800MPa～1100MPa，比傳統鋯合金的室溫抗拉強度提高了一倍左右；屈服強度為700～1000MPa。

附圖說明

圖1為實施例1制得的新型高強度航天用鋯合金的金相組織；

圖2為實施例2制得的新型高強度航天用鋯合金的金相組織；

圖3為實施例3制得的新型高強度航天用鋯合金的金相組織；