專利名稱：V-Cr-Ti合金超半球殼制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到合金制造方法,具體指一種f凡合金超半球制造工藝。
背景技術(shù)：
釩合金是優(yōu)良的聚變反應(yīng)堆用結(jié)構(gòu)材料，和其他金屬結(jié)構(gòu)材料相比，釩合金最顯著的優(yōu)點(diǎn)是其在中子輻照條件下的低激活特性和優(yōu)良的高溫強(qiáng)度性能。釩基合金的特性決定了其在一些特定的環(huán)境中具有較好的應(yīng)用前景，目前釩基合金主要應(yīng)用在航空、國防、核聚變和高溫環(huán)境等領(lǐng)域。早在20世紀(jì)60年代，國外就開始了對(duì)釩合金的研究工作，直到20世紀(jì)90年代，隨著對(duì)聚變反應(yīng)堆用材料的深入研究和為滿足科學(xué)研究及一些領(lǐng)域的特殊要求，美國、俄羅斯、歐盟和日本對(duì)釩基合金進(jìn)行了大量系統(tǒng)的研究工作。長期以來我國對(duì)釩的研究和應(yīng)用主要集中在鋼鐵工業(yè)，對(duì)釩基合金的研究只是最近幾年才開始。隨著科技發(fā)展對(duì)材料性能要求的提高，各國材料科研工作者對(duì)釩合金越來越重視，現(xiàn)在普遍認(rèn)為V- (4-5) Cr- (4-5)Ti合金是最重要的候選材料。隨著人類對(duì)能源需求的不斷增加，以及煤、石油、天然氣等能源儲(chǔ)量的日益減少，核能將發(fā)揮更顯著的作用。核反應(yīng)堆的建造是解決世界能源問題的重要舉措之一。V-Cr-Ti合金是重要的聚變核反應(yīng)堆候選結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)良的低活化特性、高溫強(qiáng)度、耐液態(tài)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(yīng)堆的第一壁、包層和偏濾器等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中備受關(guān)注。目前，國內(nèi)多家單位正在研制用于聚變核反應(yīng)堆包層結(jié)構(gòu)材料的V-5Cr_5Ti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(dá)不到要求的性能指標(biāo)又浪費(fèi)了材料。更有些單位直接購買棒料加工制備V-5Cr-5Ti球殼，此種方法材料浪費(fèi)嚴(yán)重，材料的性能無法保障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀提供一種具有良好的抗輻射誘變膨脹和損傷、良好的尺寸穩(wěn)定性、高熱傳導(dǎo)性、較低的熱膨脹系數(shù)、較低的彈性模量、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、同時(shí)又具有優(yōu)異的低生物危害的安全性和環(huán)保特性的V-Cr-Ti合金超半球殼制造工藝。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該一種V-Cr-Ti合金超半球殼制造工藝，其特征在于包括下述步驟將過200目篩的鉻粉、鈦粉和釩粉在球磨機(jī)中混合均勻，將混合后的合金粉末放入模具中壓制成球殼毛坯，然后該球殼毛坯在1000 1200°C溫度下熱等靜壓成型后，再在900 1200°C溫度下模鍛成型，再于800 1100°C溫度下進(jìn)行O. 5 5小時(shí)熱處理，然后以50 100°C /小時(shí)的冷卻速度進(jìn)行冷卻，最后在600 700°C的溫度下退火，即得到V-Cr-Ti合金超半球殼；
所述的V-Cr-Ti合金超半球殼含有4_5wt%鉻、4_5wt%的鈦和余量的釩，并且不可避免雜質(zhì)的含量小于等于O. lwt%。較好的，所述模鍛成型中使用的潤滑劑為80%油基石墨和20%硬脂酸鋅。上述各方案中，所述模具包括底模和能容置在底模內(nèi)的沖頭；所述沖頭和所述底模均采用硬度HRC為50-55的H13模具鋼材料制備?，F(xiàn)有的制備方法中，V-Cr-Ti合金在高溫下，合金中的C、N和O間隙雜質(zhì)原子與Ti相互作用強(qiáng)烈，形成T1-CON型沉淀相,影響合金的性能；而經(jīng)固溶處理的V-4Cr-4Ti合金，在600 700°C退火時(shí)形成高度彌散分布的細(xì)小沉淀相，強(qiáng)化合金的同時(shí)，會(huì)降低合金的塑性。而本發(fā)明采用熱模鍛工藝制備V-5Cr_5Ti球殼，熱處理后測(cè)試性能，Rm=500Mpa,ReL=380Mpa，A=28%。達(dá)到產(chǎn)品要求的使用性能，且該制備方法具有市場(chǎng)推廣價(jià)值，推廣后將會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例所使用的釩合金球殼模鍛成型模具。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1其生產(chǎn)工藝流程方法如下配料一混料一熱等靜壓一加熱-模鍛一固溶處理一退火一成品。具體過程為按表I所示成分配料，在球磨機(jī)中充分混合，使各元素顆粒均勻分布。如圖1所示，將混合好的粉末加入到底模2的型腔中，與沖頭I配合壓制成預(yù)制球殼毛坯3，將該預(yù)制球殼毛坯在120(TC溫度下進(jìn)行熱等靜壓，然后再在1100°C溫度下進(jìn)行模鍛成型，再于1000°C溫度下進(jìn)行5小時(shí)熱處理后，以100°C /小時(shí)的冷卻速度進(jìn)行冷卻，最后在650°C的溫度下進(jìn)行退火，制成球殼成品。對(duì)該球殼的性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。實(shí)施例2其生產(chǎn)工藝流程方法如下配料一混料一熱等靜壓一加熱一模鍛一固溶處理一退火一成品。具體過程為按表I所示成分配料，在球磨機(jī)中充分混合，使各元素顆粒均勻分布。如圖1所示，將混合好的粉末加入到底模2的型腔中，與沖頭I配合壓制成預(yù)制球殼毛坯3，混料后壓制成預(yù)制球殼，將上述成分的粉末冶金預(yù)制球殼毛坯在11(KTC溫度下進(jìn)行熱等靜壓，在1100°C溫度下進(jìn)行模鍛成型，再于900°C溫度下進(jìn)行5小時(shí)熱處理，以80°C /小時(shí)的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在680°C的溫度下進(jìn)行退火，制成成品。實(shí)施例3其生產(chǎn)工藝流程方法如下配料一混料一熱等靜壓一加熱一模鍛一固溶處理一退火一成品。具體過程為按表I所示成分配料，在球磨機(jī)中充分混合，使各元素顆粒均勻分布。如圖1所示，將混合好的粉末加入到底模2的型腔中，與沖頭I配合壓制成預(yù)制球殼毛坯3，混料后壓制成預(yù)制球殼，將上述成分的粉末冶金預(yù)制球殼毛坯在120(TC溫度下進(jìn)行熱等靜壓，在1100°C溫度下進(jìn)行模鍛成型，再于850°C溫度下進(jìn)行5小時(shí)熱處理，以小于IOO0C /小時(shí)的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在700°C的溫度下進(jìn)行退火，制成成品。實(shí)施例4其生產(chǎn)工藝流程方法如下 配料一混料一熱等靜壓一加熱一模鍛一固溶處理一退火一成品。具體過程為按表I所示成分配料，在球磨機(jī)中充分混合，使各元素顆粒均勻分布。如圖1所示，將混合好的粉末加入到底模2的型腔中，與沖頭I配合壓制成預(yù)制球殼毛坯3，混料后壓制成預(yù)制球殼，將上述成分的粉末冶金預(yù)制球殼毛坯在120(TC溫度下進(jìn)行熱等靜壓，在1100°C溫度下進(jìn)行模鍛成型，再于950°C溫度下進(jìn)行5小時(shí)熱處理，以50°C /小時(shí)的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在700°C的溫度下進(jìn)行退火，制成成品。表I各實(shí)施例中V-Cr-Ti合金的成分組成(wt%)
權(quán)利要求
1.一種V-Cr-Ti合金超半球殼制造工藝，其特征在于包括下述步驟將過200目篩的鉻粉、鈦粉和釩粉在球磨機(jī)中混合均勻，將混合后的合金粉末放入模具中壓制成球殼毛坯，然后該球殼毛坯在1000 1200°C溫度下熱等靜壓成型后，再在 900 1200°C溫度下模鍛成型，再于800 1100°C溫度下進(jìn)行O. 5 5小時(shí)熱處理，然后以 50 100°C /小時(shí)的冷卻速度進(jìn)行冷卻，最后在600 700°C的溫度下退火，即得到V-Cr-Ti 合金超半球殼；所述的V-Cr-Ti合金超半球殼含有4-5wt%鉻、4-5wt%的鈦和余量的釩，并且不可避免雜質(zhì)的含量小于等于O.1wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩合金超半球殼制造工藝，其特征在所述模鍛成型中使用的潤滑劑為80%油基石墨和20%硬脂酸鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的釩合金超半球殼制造工藝，其特征在于所述模具包括底模和能容置在底模內(nèi)的沖頭；所述沖頭和所述底模均采用硬度HRC為50-55的H13模具鋼材料制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種V-Cr-Ti合金超半球殼制造工藝，其主要成分包含(重量％)鉻4-5％、鈦4-5％，其余為釩和不可避免的雜質(zhì)。其制造方法是將上述成分的粉末冶金預(yù)制球殼毛坯在1000℃～1200℃溫度下進(jìn)行熱等靜壓，在900～1200℃溫度下進(jìn)行0.5～1小時(shí)加熱，然后采用0.75噸-2噸自由鍛錘進(jìn)行超半球殼的模鍛成型，再于800～1100℃溫度下進(jìn)行0.5～5小時(shí)熱處理，以50～100℃/小時(shí)的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在600～700℃的溫度下進(jìn)行退火。采用本工藝制備的超半球殼在中子輻照條件下具有低的激活特性和保持優(yōu)良的高溫強(qiáng)度，此外，還具有良好的抗輻射誘變膨脹和抗輻射損傷能力、良好的尺寸穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性、較低的彈性模量、低的生物危害性、較好的抗蠕變性能、良好的加工性能等。
文檔編號(hào)B21J5/02GK103009008SQ201210574639
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者張全孝, 賈萬明, 劉全利, 梁棟, 尚福軍, 鄭強(qiáng), 蘇繼紅, 羅建明, 趙玉東, 蔡文忠, 劉斌元, 李志林 申請(qǐng)人:中國兵器科學(xué)研究院寧波分院