一種ZrTiAlV合金半熔融態(tài)壓縮處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金的處理方法，特別是鋯合金的半熔融態(tài)壓縮處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋯合金是經(jīng)過長期考驗(yàn)的優(yōu)質(zhì)抗核輻照材料，具有抗輻照損傷的潛質(zhì)；并且有優(yōu)異的抗腐蝕性能，具有抗原子氧侵蝕的潛質(zhì)；其膨脹系數(shù)小，結(jié)構(gòu)與尺寸穩(wěn)定，可做精密零部件，具有抗交變溫度和可精密加工的潛質(zhì)。而ZrTiAlV四元鋯合金，不僅具有較好的塑性，同時具有較高的強(qiáng)度，是結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域發(fā)展較為迅速的鋯合金品種之一。
[0003]劉日平、梁順興等人首先合成了 47Zr-45T1-5Al-3V合金，并對鍛造態(tài)、退火態(tài)以及固溶處理后的材料性能進(jìn)行了深入的研究，明確了材料在各種狀態(tài)下所具備的基本力學(xué)性能和微觀組織。發(fā)現(xiàn)采用鍛造開坯-擠壓工藝制備的47Zr-45T1-5Al-3V合金組織性能存在不均勻特性，且均為α相和β相的混合組織，需要再通過后續(xù)的工藝進(jìn)行處理，以提高其組織性能的均勻性和綜合力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能夠得到比較純凈的β相組織的ZrTiAlV合金半熔融態(tài)壓縮處理方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]1、模具
[0007]模具整體材料為高強(qiáng)度石墨，下壓頭與筒形模套為一體，圓柱體合金置于筒形模套內(nèi)，以防半熔融態(tài)處理過程中半熔融狀態(tài)的金屬從下壓頭與筒形模套間隙中擠出，上壓頭位于筒形模套的合金上，上壓頭上設(shè)有上墊塊，下壓頭上設(shè)有下墊塊，模具放置時，需將模具下端的凸起放置在燒結(jié)機(jī)的下壓頭上。
[0008]2、半熔融態(tài)壓縮處理方法
[0009]首先將直徑為20?32mm，高度為20?35mm的圓柱體47Zr-45T1-5Al-3V合金裝入上述模具內(nèi)，再將合金與模具整體放置于放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering,簡稱SPS)設(shè)備上進(jìn)行電場和壓力輔助高溫半熔融態(tài)壓縮，上壓頭下行給合金施加lOMPa壓力，再抽真空到10—3Pa以下，通過加載3000?5000A脈沖電流，使合金迅速升溫至900°C，保溫lOmin之后繼續(xù)加載脈沖電流，使其升溫至1200?1600°C進(jìn)行高溫半熔融態(tài)壓縮，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電自然冷卻，最終得到半熔融態(tài)壓縮ZrTiAlV合金。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、預(yù)先采用電場輔助高溫半熔融態(tài)壓縮處理工藝對原始47Zr-45T1-5Al-3V合金進(jìn)行處理，其溫度在47Zr-45T1-5Al-3V的半熔融態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)，有利于合金組織和性能的均勻化，同時遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于α相到β相的轉(zhuǎn)變溫度，從而可得到純凈的β相組織。
[0012]2、處理后的47Zr-45T1-5Al-3V合金具有較好的綜合力學(xué)性能，其晶粒尺寸分布均勻，晶粒尺寸在300?320μπι之間，屈服強(qiáng)度在llOOMPa?1200MP之間，抗拉強(qiáng)度在1400MPa?1500MPa之間，延伸率在9.8?11.5 %之間，可實(shí)現(xiàn)47Zr-45Ti_5Al_3V合金在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明電場輔助半熔融態(tài)壓縮處理模具的示意簡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在圖1所示的電場輔助半熔融態(tài)壓縮處理模具示意圖中，模具整體材料為高強(qiáng)度石墨，下壓頭5與筒形模套4為一體，圓柱形合金3置于筒形模套內(nèi)，上壓頭2位于筒形模套4內(nèi)的圓柱形合金3上方，上壓頭上設(shè)有上墊塊1，下壓頭上設(shè)有下墊塊6，模具放置時，需將筒形模套下端的凸起放置在燒結(jié)機(jī)的下壓頭上。
[0015]實(shí)施例1
[0016]將直徑為20mm、高為20mm的47Zr-45T1-5Al-3V圓柱合金裝入上述石墨模具內(nèi)，將組裝完成的合金及模具整體放置于放電等離子燒結(jié)機(jī)中，上壓頭下行給合金施加lOMPa壓力，再抽真空到10—3Pa以下，利用上、下壓頭及通電電極將特定的燒結(jié)電源和壓制壓力施加于47Zr-45T1-5Al-3V圓柱體上，通過加載3000A脈沖電流，使脈沖電流產(chǎn)生的等離子體使合金內(nèi)部離子放電產(chǎn)熱，合金迅速升溫至900°C，保溫lOmin之后繼續(xù)加載脈沖電流，使其升溫至1200°C進(jìn)行高溫半熔融態(tài)壓縮，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電自然冷卻。壓縮得到的472^4511-541-3￥合金圓柱體直徑變?yōu)?2111111、高度變?yōu)?6.5111111，晶粒尺寸由原始350?40(^111變?yōu)?00?31(^111。屈服強(qiáng)度119810^、抗拉強(qiáng)度148510^，塑性延伸率為9.8%。
[0017]實(shí)施例2
[0018]將直徑為24mm、高為25mm的47Zr-45T1-5Al-3V圓柱合金裝入上述石墨模具內(nèi)，將組裝完成的合金及模具整體放置于放電等離子燒結(jié)機(jī)中，上壓頭下行給合金施加lOMPa壓力，再抽真空到10—3Pa以下，利用上、下壓頭及通電電極將特定的燒結(jié)電源和壓制壓力施加于47Zr-45T1-5Al-3V圓柱體上，通過加載3500A脈沖電流，使脈沖電流產(chǎn)生的等離子體使合金內(nèi)部離子放電產(chǎn)熱，合金迅速升溫至900°C，保溫lOmin之后繼續(xù)加載脈沖電流，使其升溫至1200°C進(jìn)行高溫半熔融態(tài)壓縮，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電自然冷卻。壓縮得到的472^4511-541-3￥合金圓柱體直徑變?yōu)?6111111、高度變?yōu)?1.3111111，晶粒尺寸由原始350?40(^111變?yōu)?00?31(^111。屈服強(qiáng)度118610^、抗拉強(qiáng)度146910^，塑性延伸率為9.9%。
[0019]實(shí)施例3
[0020]將直徑為28mm、高為30mm的47Zr-45T1-5Al-3V圓柱合金裝入上述石墨模具內(nèi)，將組裝完成的合金及模具整體放置于放電等離子燒結(jié)機(jī)中，上壓頭下行給合金施加lOMPa壓力，再抽真空到10—3Pa以下，利用上、下壓頭及通電電極將特定的燒結(jié)電源和壓制壓力施加于47Zr-45T1-5Al-3V圓柱體上，通過加載4000A脈沖電流，使脈沖電流產(chǎn)生的等離子體使合金內(nèi)部離子放電產(chǎn)熱，合金迅速升溫至900°C，保溫lOmin之后繼續(xù)加載脈沖電流，使其升溫至1400°C進(jìn)行高溫半熔融態(tài)壓縮，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電自然冷卻。此工藝壓縮得到的472^451^-541-3￥合金圓柱體直徑變?yōu)?0111111、高度變?yōu)?6.1111111，晶粒尺寸由原始350?400μπι變?yōu)?05?315μπι。屈服強(qiáng)度1157MPa、抗拉強(qiáng)度1440MPa，塑性延伸率為10.7%。[0021 ] 實(shí)施例4
[0022]將直徑為32mm、高為35mm的47Zr-45T1-5Al-3V圓柱合金裝入上述石墨模具內(nèi)，將組裝完成的合金及模具整體放置于放電等離子燒結(jié)機(jī)中，上壓頭下行給合金施加lOMPa壓力，再抽真空到10—3Pa以下，利用上、下壓頭及通電電極將特定的燒結(jié)電源和壓制壓力施加于47Zr-45T1-5Al-3V圓柱體上，通過加載5000A脈沖電流，使脈沖電流產(chǎn)生的等離子體使合金內(nèi)部離子放電產(chǎn)熱，合金迅速升溫至900°C，保溫lOmin之后繼續(xù)加載脈沖電流，使其升溫至1600°C進(jìn)行高溫半熔融態(tài)壓縮，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電自然冷卻。此工藝壓縮得到的472^451^-541-3￥合金圓柱體直徑變?yōu)?4111111、高度變?yōu)?1.0111111，晶粒尺寸由原始350?400μπι變?yōu)?10?320μπι。屈服強(qiáng)度1113MPa、抗拉強(qiáng)度1425MPa，塑性延伸率為
11.5%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電場輔助半熔融態(tài)壓縮處理石墨模具，它包括上墊塊、上壓頭、筒形模套和下墊塊組成，其特征在于:模具整體材料為高強(qiáng)度石墨，下壓頭與筒形模套為一體，上壓頭位于筒形模套內(nèi)的圓柱形合金上方，上壓頭上設(shè)有上墊塊，下壓頭上設(shè)有下墊塊，模具放置時，需將筒形模套下端的凸起放置在燒結(jié)機(jī)的下壓頭上。2.一種ZrTiAlV合金半熔融態(tài)壓縮處理方法，其特征在于:將直徑為20?32mm，高度為20?35mm的47Zr-45T1-5Al-3V圓柱合金裝入權(quán)利要求1的石墨模具內(nèi)，將組裝完成的合金及模具整體放置于放電等離子燒結(jié)機(jī)中，上壓頭下行給合金施加lOMPa壓力，再將真空度抽至IJ10—3Pa以下，利用上、下壓頭及通電電極將特定的燒結(jié)電源和壓制壓力施加于47Zr-45T1-5A1-3V圓柱體上，通過加載3000A?5000A脈沖電流，使脈沖電流產(chǎn)生的等離子體使合金內(nèi)部離子放電產(chǎn)熱，合金迅速升溫至900°C，保溫lOmin之后繼續(xù)加載脈沖電流，使其升溫至1200?1600°C進(jìn)行高溫半熔融態(tài)壓縮，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電自然冷卻，最終得到半熔融態(tài)壓縮ZrTiAlV合金。
【專利摘要】一種ZrTiAlV合金半熔融態(tài)壓縮處理方法，其主要是：將47Zr-45Ti-5Al-3V圓柱體合金置于模具內(nèi)，然后置于放電等離子燒結(jié)機(jī)中，給合金施加10MPa壓力，再抽真空度到10-3Pa以下，通過加載3000～5000A脈沖電流，使合金迅速升溫至900℃，保溫10min之后繼續(xù)加載脈沖電流，使其升溫至1200～1600℃進(jìn)行高溫半熔融態(tài)壓縮，保溫20min，最后斷電自然冷卻，最終得到半熔融態(tài)壓縮ZrTiAlV合金。本發(fā)明有利于合金組織和性能的均勻化，得到純凈的β相組織；處理后的47Zr-45Ti-5Al-3V合金具有較好的綜合力學(xué)性能，其晶粒尺寸分布均勻，晶粒尺寸在300～320μm之間，屈服強(qiáng)度為1100MPa～1200MP，抗拉強(qiáng)度為1400MPa～1500MPa，延伸率為9.8～11.5％。
【IPC分類】B22D27/02, B22D27/09
【公開號】CN105458229
【申請?zhí)枴緾N201510812255
【發(fā)明人】駱俊廷, 張春祥, 趙伯俊, 劉日平
【申請人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月20日