專利名稱：一種鈮合金板材的加工工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鈮合金板材的加工工藝。
背景技術：
隨著航空航天技術的不斷發(fā)展，宇航材料的性能要求在不斷的提高。在各國 所研發(fā)出的鉭、鈮、鉬、鎢等多種高溫合金材料中，鈮系列合金以其優(yōu)良的高溫力學性 能、可加工性能以及低密度、低成本等在宇航材料中一直占據(jù)著重要地位。美國在1965年研制的牌號C103鈮合金使用溫度為1400°C、短時1500°C，在 1500°C下拉伸強度還有42MPa，是任何鐵基、鎳基合金無法匹敵的，該合金被廣泛應用 于航天器耐熱結構，包括各類衛(wèi)星、飛船用輻射冷卻軌、姿控推力室室壁材料。但隨著 空間技術的發(fā)展，對發(fā)動機提出更高性能要求，相應要求材料有更高使用溫度，國外一 方面尋找耐溫更高的材料，如80年代研制成功的錸基(銥涂層)材料，工作溫度可高 達2200°C，但這類材料比鈮合金重很多、且原料稀少、加工工藝復雜。另一發(fā)展方向是 改進現(xiàn)有鈮合金、提高其使用溫度，美國又研制出如Nb-W-Mo-&系列等可焊高強鈮合 金，其1750°C是拉伸強度與C103合金1500°C時相當，使用溫度短時可達1650°C以上； 蘇聯(lián)在這一時期也主要集中對Nb-W-Mo-&系列鈮合金進行研究，如牌號5 β μ υ鈮合 金，其1700°C是拉伸強度達到60MPa左右。但是，隨著空間技術的發(fā)展，上述現(xiàn)有材料 無法滿足更高使用溫度的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種耐溫更高，且高溫拉伸 強度更大的鈮合金板材的加工工藝。一種鈮合金板材的加工工藝，其特征在于其工藝步驟為
a.將鈮合金鑄錠在中頻感應加熱爐中進行第一次加熱，然后擠壓開坯，酸洗，熱處 理，定尺下料后在中頻感應加熱爐中進行二次加熱，鍛造獲得軋制厚板坯；
b.將軋制厚板坯進行第一次酸洗、修料和熱處理，溫軋后進行第二次再次酸洗、修 料和熱處理，板坯冷軋后進行第三次酸洗、修料和熱處理得成品坯；
c.將上述成品坯進行成品軋制，成品酸洗，成品熱處理，板形校平，成品下料，表 面拋光后即可；
所述鈮合金鑄錠的原料組成為Nb-5W_2Mo-l& ；
上述a過程中第一次加熱的加熱溫度為1350°C 1450°C，保溫時間為10 15min， 第二次加熱的加熱溫度為加熱溫度為1300°C 1400°C，保溫時間為8 12min ；
上述a過程中在擠壓開坯前在鑄錠表面涂覆一層高溫防氧化涂料，涂敷厚度為0.2 0.3mm ；
上述a和b過程中的酸洗是采用HNO3 HF H2O= 5 1 1，該比例以體積比計； 上述a過程中的熱處理溫度為1400 1500°C，保溫時間為60 120min ；上述b過程中的三次熱處理條件分別為第一次熱處理溫度為1400 1500°C，保溫 時間為60 120min;第二次熱處理溫度為1350 1400°C，保溫時間為60 90min ；第 三次熱處理溫度為1300 1350°C，保溫時間為60 90min ；
上述b過程中的溫軋是指將厚板坯在600 650°C保溫60 90min后進行寬向軋制， 軋制每道次壓下量為軋制前坯料厚度的0.08倍，軋制速度為2 3 m/min ；
上述b過程中的冷軋采用換向軋制，軋制每道次壓下量為軋制前坯料厚度的0.05 0.06倍，軋制速度為3 4 m/min ；
上述c過程中的成品軋制采用換向軋制；
上述c過程中的成品酸洗是采用HNO3 HF H2O= 10 1 5,該比例以體積比
計；
上述c過程中的成品熱處理的熱處理溫度為1400 1450°C，保溫時間為60 9 Omin ο本發(fā)明的鈮合金鑄件——牌號Nb521 Nb-5W-2Mo_lZr，是以金屬鈮作為基 體，添加鎢、鉬和鋯等高熔點金屬元素獲得的，其中Nb521: Nb-5W-2Mo-l&指的是所 有金屬都采用純金屬按照重量配比1:5:2:1的比例配置。本發(fā)明對上述應用于火箭及導彈姿控和軌控發(fā)動機材料的鈮合金(牌號 Nb521)鑄錠進行中頻感應加熱爐加熱、鑄錠擠壓開坯、板坯鍛造加工、溫軋厚板坯和冷 軋成品，并配以合適的熱處理工藝，得到需要的板材尺寸，其技術優(yōu)勢主要為
1)對大直徑鑄錠進行中頻感應爐快速加熱、保溫，通過減少物料與大氣氣氛接觸時 間減輕O、N等氣體元素滲入并在晶界聚集而使合金晶界強度提高、塑性變差的程度，防 止在后續(xù)擠壓和鍛造加工中物料發(fā)生嚴重開裂。2)借助擠壓加工三向壓應力受力狀態(tài)，充分發(fā)揮材料塑性的良好加工方式，一 方面解決了合金鑄錠開坯容易開裂的問題；另一方面經(jīng)過大變形量擠壓，可以使原始鑄 態(tài)粗晶組織充分破碎，從而改善合金的綜合性能。3)在擠壓開坯破碎原始鑄態(tài)粗晶組織的基礎上，通過鍛造加工方式再次破碎粗 晶，獲得晶粒相對均勻的組織，并獲得需要的軋制厚板坯。4)采用重復多次“酸洗+修料”方式徹底清除板坯表面夾雜、微裂紋等缺陷， 避免板坯表面的微小缺陷在軋制過程中充當裂紋源而使物料嚴重開裂。5)軋制厚板坯實施溫軋工藝，避免直接采用冷軋造成板坯開裂；溫軋時采取大 壓下量軋制工藝，避免軋制變形不能有效傳遞至板坯中心，在厚度方向因內外層變形不 均勻而形成剪切應力，致使板坯分層開裂。6)采用換向軋制方式，一方面為獲得成品需要的板形尺寸；另一方面為減輕板 材各向異性，獲得組織均勻、性能穩(wěn)定的成品板材。7)通過擠壓開坯和鍛造板坯充分破碎原始鑄態(tài)粗晶后，在板坯軋制過程中采取 消除應力退火工藝，使板坯累加變形逐漸增加，以使最終板材成品獲得細晶粒組織，從 而提高材料高溫拉伸強度。通過本發(fā)明加工方法獲得的鈮合金板材性能穩(wěn)定、成份均勻，在1400°C時拉伸 強度達到190MPa，比C103合金高出近4倍；在1600°C時拉伸強度達到70MPa以上，在 1800°C時拉伸強度仍保持有50MPa以上，該鈮合金將航空航天耐熱結構材料工作溫度提高200°C以上。
具體實施例方式以金屬鈮作為基體，添加鎢、鉬和鋯等高熔點金屬元素組成鈮合金鑄錠，其原 料組成為Nb-5W-2Mo_lZr (均是純金屬元素，按照重量比1:5:2:1配置)
本發(fā)明鈮合金棒材的加工步驟為
1、一次加熱將鈮合金(牌號Nb521)鑄錠在中頻感應加熱爐中加熱，加熱溫度為 1350°C 1450°C，保溫時間為10 15min。2、擠壓開坯0 220mmXL — 0105mmXL ‘，擠壓速度220mm/s，必要時對
加熱后擠壓前鑄錠表面涂覆一層高溫防氧化涂料，涂敷厚度為0.2 0.3_，可使擠壓更 為順利，并可減少棒坯表面的擠壓溝槽等缺陷。3、酸洗用HNO3: HF H2O= 5 1: 1 (體積比)進行酸洗，目的是去除表
面雜質，肉眼觀察可見金屬光澤即可。4、熱處理熱處理溫度為1400 1500°C，保溫時間為60 120min。5、定尺下料根據(jù)最終成品的1.30 1.55倍重量計算，鋸料。6、二次加熱在中頻感應加熱爐進行二次加熱，加熱溫度為1300°C 1400°C,保溫時間為8 12min。7、鍛造獲得軋制厚板坯鐓粗，Φ 105mmXLO — OHOmmXLl ；拔長， OHOmmXLl - ODXL2mm (拔長后的外徑尺寸隨工藝設計達到的L2而變化)；橫向 打扁，保證長度，ODXL2mm —40 45mmXWlXL2 (打扁厚板坯的寬度Wl隨板坯
厚度而變化)。8、厚板坯第一次酸洗、修料酸洗步驟同步驟3;修料，用角向砂輪機對板坯 表面及橫邊折疊、裂縫、起皮和其他有害缺陷進行缺陷去除修料，并反復進行“酸洗+ 修料”操作，直至去除板坯表面肉眼可見上述缺陷為止。9、厚板坯第一次熱處理，熱處理溫度為1400 1500°C，保溫時間為60 12 Omin ο10、厚板坯溫軋首先加熱，加熱溫度600 650°C，保溫時間為60 90min ； 再進行寬向軋制，40 45mmXWlXL2 — 20 22mmX W2 (L2) XL3，軋制每道次 壓下量Ah=0.08h (h為軋制前坯料厚度)，軋制速度v=2 3 m/min，為防止軋制分層 開裂，軋制壓下量和軋制速度至關重要。11、厚板坯第二次酸洗、修料，同步驟8。12、厚板坯第二次熱處理，熱處理溫度為1350 1400°C，保溫時間為60 9 Omin ο13、厚板坯冷軋；采用換向軋制，20 22mmXW2 (L2) XL3 — 10 llmmXW3 (L3) XL4，軋制每道次壓下量Ah= (0.05 0.06) h，軋制速度v=3 4 m/min.
14、厚板坯第三次酸洗、修料，同步驟八。15、厚板坯第三次熱處理熱處理溫度為1300 1350°C，保溫時間為60 90min,得成品坯。
16、成品軋制采用換向軋制法，10 llmmXW3 (L3) XL4 —H成XW 成XL成，必要時采取多道次精整軋制，以獲得滿足保證尺寸公差的成品板材。17、成品酸洗采用HNO3: HF H2O= 10 1: 5 (體積比)進行酸洗，去除
表面潤滑油等其他附著物，肉眼觀察可見金屬光澤無雜斑即可。18、成品熱處理熱處理溫度為1400 1450°C，保溫時間為60 90min，保證
材料完全再結晶。19、板形校平、成品下料，保證成品尺寸公差滿足使用要求。20、表面拋光，去除肉眼可見的裂紋、凹坑、劃傷和其他客戶明示的缺陷。
權利要求
1.一種鈮合金板材的加工工藝，其特征在于其工藝步驟為a.將鈮合金鑄錠在中頻感應加熱爐中進行第一次加熱，然后擠壓開坯，酸洗，熱處 理，定尺下料后在中頻感應加熱爐中進行二次加熱，鍛造獲得軋制厚板坯；b.將軋制厚板坯進行第一次酸洗、修料和熱處理，溫軋后進行第二次再次酸洗、修 料和熱處理，板坯冷軋后進行第三次酸洗、修料和熱處理得成品坯；c.將上述成品坯進行成品軋制，成品酸洗，成品熱處理，板形校平，成品下料，表 面拋光后即可。
2.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征是所述鈮合金鑄錠的原 料組成為 Nb-5W-2Mo_lZr。
3.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征是上述a過程中第一次加 熱的加熱溫度為1350°C 1450°C，保溫時間為10 15min，第二次加熱的加熱溫度為加 熱溫度為1300°C 1400°C，保溫時間為8 12min。
4.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征是上述a過程中在擠壓開 坯前在鑄錠表面涂覆一層高溫防氧化涂料，涂敷厚度為0.2 0.3mm。
5.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征是上述a和b過程中的酸 洗是采用HNO3: HF H2O= 5 1:1，該比例以體積比計。
6.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征是上述a過程中的熱處理 溫度為1400 1500°C，保溫時間為60 120min。
7.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征在于上述b過程中的三次熱 處理條件分別為第一次熱處理溫度為1400 1500°C，保溫時間為60 120min ；第二 次熱處理溫度為1350 1400°C，保溫時間為60 90min ；第三次熱處理溫度為1300 1350°C,保溫時間為60 90min。
8.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征在于上述b過程中的溫軋是 指將厚板坯在600 650°C保溫60 90min后進行寬向軋制，軋制每道次壓下量為軋制 前坯料厚度的0.08倍，軋制速度為2 3 m/min。
9.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征在于上述b過程中的冷軋采 用換向軋制，軋制每道次壓下量為軋制前坯料厚度的0.05 0.06倍，軋制速度為3 4 m/min。
10.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征在于上述c過程中的成品 軋制采用換向軋制。
11.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征在于上述c過程中的成品 酸洗是采用HNO3 HF H2O= 10 1 5,該比例以體積比計。
12.按照權利要求1所述的鈮合金板材的加工工藝，其特征在于上述c過程中的成品 熱處理的熱處理溫度為1400 1450°C，保溫時間為60 90min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈮合金板材的加工工藝，該鈮合金板材的加工工藝步驟為a.將原料組成為Nb-5W-2Mo-1Zr的鈮合金鑄錠在中頻感應加熱爐中進行第一次加熱，然后擠壓開坯，酸洗，熱處理，定尺下料后在中頻感應加熱爐中進行二次加熱，鍛造獲得軋制厚板坯；b.將軋制厚板坯進行第一次酸洗、修料和熱處理，溫軋后進行第二次再次酸洗、修料和熱處理，板坯冷軋后進行第三次酸洗、修料和熱處理得成品坯；c.將上述成品坯進行成品軋制，成品酸洗，成品熱處理，板形校平，成品下料，表面拋光后即可。通過本發(fā)明加工方法獲得的鈮合金板材性能穩(wěn)定、成份均勻，在1400℃時拉伸強度達到190MPa，在1600℃時拉伸強度達到70MPa以上，在1800℃時拉伸強度仍保持有50MPa以上，本鈮合金將航空航天耐熱結構材料工作溫度提高200℃以上。
文檔編號C22F1/18GK102011076SQ201010542389
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權日2010年11月15日
發(fā)明者周小軍, 朱中慶, 李積賢, 沈立華, 王培軍, 趙洪章, 趙紅運, 龔志江 申請人:寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司