一種新型高溫高比強度鈮合金絲材的加工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型高溫高比強度鈮合金絲材的加工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，宇航材料的性能要求在不斷提高。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(xué)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。
[0003] 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(yīng)用于航 天器耐熱結(jié)構(gòu)，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(shù) 的發(fā)展，對發(fā)動機提出更高性能要求，相應(yīng)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(fù)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-Zr系列等可焊高強鈮合金，其1750°C時拉伸強度與 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-Zr系列鈮合金進行研究，如牌號5 B μ u鈮合金，其1700°C是拉伸強度達到60MPa 左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種新型高溫高比強度鈮合金絲材的加工工藝，能夠顯著提 高金屬鈮的高溫力學(xué)性能，而且性能穩(wěn)定、成份均勻，在1400°C時拉伸強度能達到190MPa。
[0005] -種新型高溫高比強度鈮合金絲材的加工工藝，其特別之處在于，包括如下步 驟：
[0006] (1)棒坯旋鍛：將鈮合金鑄錠經(jīng)擠壓或鍛造加工制得直徑φ30-φ60 mm的棒坯， 經(jīng)多道次旋鍛和熱處理，加工至直徑φ2.0-φ6.0 inm的線坯；其中每道次旋鍛加工率控 制在10% - 25%之間；
[0007] 其中每道次旋鍛加工后進行一次酸洗除油：配置混合酸，然后酸洗去除得到的線 坯上的附著物；
[0008] 其中每道次旋鍛加工后進行一次中間熱處理：熱處理溫度為1400- 1550Γ，保溫 時間為60- 120min ;而兩次熱處理間的總加工率控制在50% - 85%之間；
[0009] (2)表面氧化覆膜：在大氣氣氛或有氧氣氛的電阻爐內(nèi)覆膜，控制覆膜溫度400- 600°C，覆膜時間 5- 20min ;
[0010] (3)絲材拉拔：將得到的直徑φ2.0-φ?.Οιτπη線坯經(jīng)過多道次拉拔和兩次熱處 理，制得直徑φ().5-q>4.0mni的成品絲材；其中每道次拉拔加工率控制在1〇% -30%之 間，兩次熱處理間的總加工率控制在50% - 90%之間；
[0011] (4)酸洗：配置混合酸，然后酸洗去除步驟（5)得到的成品絲材上的附著物；
[0012] (5)成品熱處理：熱處理溫度為1300~1450°C，保溫時間為60~120min。
[0013] 步驟⑴和（4)中配置的混合酸均為按照體積比HNO3=HF :H20 = 10 :1 :5的混合 酸。
[0014] 本發(fā)明工藝中采用的新型高溫高比強度鈮合金（牌號Nb521)以金屬鈮作為基體， 添加鎢、鉬和鋯等高熔點金屬元素，該工藝得到的絲材通過固溶強化和沉淀強化的典型強 化方式顯著提高了金屬鈮的高溫力學(xué)性能，而且性能穩(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，該新型鈮合金將航空航天耐熱結(jié)構(gòu)材料工作溫度提高 200°C以上。
【具體實施方式】
[0015] 隨著空間技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有材料無法滿足1500°c及更高使用溫度條件下使用。而 本發(fā)明工藝對新型高溫高比強度鈮合金（原料組分為Nb-5M〇-2Zr-lC，牌號Nb521)棒坯經(jīng) 旋鍛、表面覆膜和拉拔加工，配以合適的熱處理工藝和酸洗除油工藝，得到應(yīng)用于火箭及導(dǎo) 彈姿控和軌控發(fā)動機材料等高溫特殊環(huán)境使用的螺套坯料--直徑φ(λ5-(p:4.0mm的絲 材。本發(fā)明工藝將Nb521合金棒坯通過旋鍛加工方式獲得直徑φ2.0-(p6.0mm的線坯；再 經(jīng)表面覆膜處理和拉拔，獲得表面光亮、尺寸精度高的成品絲材。
[0016] 本發(fā)明工藝的主要優(yōu)點是：通過采用旋鍛加工方式的三向壓應(yīng)力受力狀態(tài)充分發(fā) 揮Nb521合金這種強硬度高、塑性低材料的加工性能；通過合適的熱處理工藝，達到消除材 料內(nèi)部應(yīng)力、恢復(fù)塑形、以實現(xiàn)繼續(xù)加工的目的；對熱處理后的線坯進行表面覆膜，在線坯 基體表面和拉拔模?？组g形成一層隔離膜，避免出現(xiàn)絲材表面粘膜等影響拉拔加工進行的 缺陷；通過拉拔加工，可以制得尺寸精度高、表面光亮的成品絲材。
[0017] 實施例1 :
[0018] 本發(fā)明鈮合金棒材的加工步驟為：
[0019] 1.棒坯旋鍛1 :將Nb521鈮合金擠壓或鍛造獲得Φ60πιπι鈮合金棒坯， 經(jīng)1550 °C X IOOmin熱處理后進行旋鍛加工，Φ60_ - Φ56_(道次加工率ε =12.9 % ) - Φ53πιπι(ε = 12.9 % ) - Φ53πιπι(ε = 10.4 % ) - Φ50πιπι(ε = 11 % ) - C>47mm( ε =11.6%) - Φ 44mm ( ε = 12. 3% ) - Φ41πιπι ( ε = 13. 2%，ε 總= 53. 3% )，旋鍛送進速度5~lOmm/s，每道次旋鍛加工后對棒坯表面進行檢查，確認無折疊 和嚴重擦傷后再進行下一道次旋鍛加工，必要時要進行缺陷修復(fù)。
[0020] 2.酸洗除油1 :按照體積比ΗΝ03(69 · 2% ) :HF(40% ) =H2O = 10 :1 :5配置混合酸 進行酸洗，目的是去除表面雜質(zhì)，肉眼觀察可見金屬光澤即可。當然也可選用具有相同效果 的其它濃度、組分配比的混合酸。
[0021] 3.中間熱處理1 :熱處理溫度為1500°C，保溫時間為lOOmin。
[0022] 4.棒還旋鍛 2 : Φ 41mm 銀合金棒還-Φ 38mm (ε =14.1%) - Φ 35mm ( ε =15.2 % ) - Φ32πιπι(ε = 16.4 % ) - Φ30πιπι(ε = 12.1 % ) - Φ28πιπι(ε = 12.9 % ) - Φ26πιπι(ε = 13.8 % ) - Φ24πιπι(ε = 14.8 % ) - Φ22πιπι(ε = 16.0%) - Φ20πιπι(ε =17.4%，ε總=76.2%)，旋鍛送進速度10~20臟/8，每道次旋 鍛加工后對棒坯表面進行檢查，確認無折疊和嚴重擦傷后