[發明專利]一種高強度高塑性ZrTiAlNb鋯鈦基合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010714104.4
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111809081B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 周云凱;張宴會
• 申請（專利權）人: 河北科技師范學院;燕山大學
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C14/00;C22C30/00;C22C1/02;C22F1/18
• 代理公司: 秦皇島市維信專利事務所(普通合伙) 13102
• 代理人: 鄂長林

1.一種高強度高塑性ZrTiAlNb鋯鈦基合金，其特征在于：所述鋯鈦基合金由以下成分組成及質量百分比為：鋯35-45％、鈦58-40％、鋁4％-3％、鈮3-2％，所述鋯鈦基合金抗拉強度為1063～1135MPa，延伸率達到7％以上，相比于9Cr18鋼和TC4鈦合金具有較好的綜合力學性能，同時具有低密度和良好的耐腐蝕性能。

2.一種根據權利要求1所述的高強度高塑性ZrTiAlNb鋯鈦基合金的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：

步驟(1)原材料的準備：

將質量百分比為：鋯35％-45％、鈦58％-50％、鋁4％-3％、鈮3-2％的原材料進行表面酸洗去氧化處理，隨后先后用弱堿性溶液、無水乙醇清洗，最后采用超聲波儀器去除表面殘留物，最后用烘干箱快速烘干，保持干燥；

步驟(2)電極制作：

將金屬原料混合均勻之后，利用專用設備壓制成熔煉用電極棒；

步驟(3)合金鑄錠：

將制好的電極棒放入自耗型熔煉爐中熔煉，爐腔內采用分級抽真空的方式達到10^-5級真空度，充入惰性氣體形成保護氣氛，合金鑄錠需經多次熔煉過程，以保證熔煉均勻；

步驟(4)均勻化退火：

合金鑄錠在進一步加工前，需在保護氣氛下，經高溫長時間均勻化退火，使合金鑄錠成分進一步均勻，均勻化退火溫度控制在950-1000℃，退火時間根據30min/kg的標準確定；

步驟(5)熱加工變形：

①塑性變形加工工藝是制備高強度高塑性鋯鈦基合金的關鍵環節，合金鑄錠加熱方式采用箱式電阻爐加熱，加熱溫度范圍為600-750℃；

②首次軋制變形前，保溫時間根據合金鑄錠大小決定，對于重量小于5kg的合金錠控制在30-50分鐘，超過5kg的鑄錠，保溫時間按照10min/kg增加；

③軋制變形需采用多道次軋制變形工藝，單道次壓下變形量不低于10％，每經過一道次軋制，應將合金鑄錠上下翻轉回爐保溫后進行下一道次軋制，最終壓下變形量需達到70％以上；

④每道次回爐保溫時間，根據合金鑄錠大小決定，重量小于5kg的合金鑄錠控制在3-7分鐘內，超過5kg保溫時間按5min/kg增加；需嚴格控制每道次塑性變形之間保溫時間，回爐保溫時間過長將導致合金組織發生回復，從而影響合金板材最終性能；

步驟(6)水淬、快速冷卻、清洗：

軋制塑性變形工藝后，將合金板材立刻浸入水中，采用水淬方式迅速降溫，利用塑性變形和快速冷卻的相互作用，在合金微結構中制備出大量納米孿晶，最終得到高強度高塑性鋯鈦基合金板材，將鋯鈦基合金板材表面去除氧化皮，清洗干凈后得到本系列ZrTiAlNb鋯鈦基合金。