專利名稱：一種摻雜硼元素的tzm合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種TZM合金，具體的說是一種摻雜硼元素的TZM合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
TZM合金是鑰基合金中常用的一種高溫合金，具有熔點高、強(qiáng)度大、彈性模量高、線膨脹系數(shù)小、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、抗蝕性強(qiáng)以及高溫力學(xué)性能良好等特點，從而在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前的TZM合金在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，均參考美國B386-1的標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)，生產(chǎn)方法也存在差異，但TZM合金中摻雜的主要元素均為鈦元素、鋯元素和碳元素，這些元素的加入使得TZM合金具備良好的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能，但其熱加工性能差，在軋制和鍛造過程中極易出現(xiàn)裂紋或龜裂。同時，即使改變上述元素的添加量，最終生產(chǎn)的TZM合金的 性能也只能在一定范圍內(nèi)波動，不能使合金的性能得到很大的提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了進(jìn)一步提高TZM合金的性能、并解決其熱加工性能差的問題，本發(fā)明提供了一種摻雜硼元素的TZM合金及其制備方法，本發(fā)明通過在TZM合金中添加硼元素，使TZM合金的性能和熱加工性均得到了很大程度的提高。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為一種摻雜硼元素的TZM合金，由鑰元素、鈦元素、鋯元素、碳元素和硼元素組成，其中，各組成元素所占合金總重量的百分比分別為鈦 0. 4-0. 6%，鋯 0. 1-0. 12%，碳 0. 01-0. 04%，硼 0. 02-0. 022%，其余為鑰。該摻雜硼元素的TZM合金，其制備方法為，包括以下步驟
1)混合粉料的制備
分別取過篩后的氫化鈦粉末、氫化鋯粉末、碳粉和硼粉加入到過篩后的鑰粉中，得到混合粉料，再將混合粉料送入混粉機(jī)中混合20-24小時，混合完畢后取出，封存?zhèn)溆茫?br> 其中，鑰粉過180目篩，氫化鈦和氫化鋯要求過200目篩，碳粉過300目篩，硼粉過200目以上的篩；
所述氫化鈦粉末的加入量為混合粉料總重量的0. 42-0. 63%，氫化鋯粉末的加入量為混合粉料總重量的0. 1-0. 12%，碳粉的加入量為混合粉料總重量的0. 03-0. 06%，硼粉的加入量為混合粉料總重量的0. 02-0. 022%，其余為鑰粉；
2)將步驟I)中混合完畢后的混合粉料送入模具中，在180-220MPa的壓力下壓制成粉坯體，備用；
3)將步驟2)制得的粉坯體送入燒結(jié)爐中，在溫度為1950-1980°C、氫氣保護(hù)的條件下燒結(jié)8-10小時，然后停止燒結(jié)，并在燒結(jié)爐中冷卻9-11小時后取出，即制得產(chǎn)品；
所述制得的產(chǎn)品中，各組成元素所占合金總重量的百分比需滿足鈦0. 4-0. 6%，鋯0. 1-0. 12%，碳 0. 01-0. 04%，硼 0. 02-0. 022%，其余為鑰。本發(fā)明的制備步驟中，先根據(jù)最終產(chǎn)品內(nèi)各組分元素的重量比來計算各物料的加入量，由于原料中采用氫化鈦和氫化鋯，而氫元素的重量很小，經(jīng)計算后和試驗后，按照氫化鈦粉末占混合粉料總重量的0. 42-0. 63%、氫化鋯粉末占混合粉料總重量的0. 1-0. 12%、碳粉占混合粉料總重量的0. 03-0. 06%、硼粉占混合粉料總重量的0. 02-0. 022%的比例加入鑰粉中，最終燒結(jié)得到的摻雜硼元素的TZM合金中，各組成元素占合金總重量的百分比滿足鈦 0. 4-0. 6%、鋯 0. 1-0. 12%、碳 0. 01-0. 04%、硼 0. 02-0. 022% 的比例。本發(fā)明中所用的原料均要過篩，鑰粉過180目篩、氫化鈦和氫化鋯要求過200目篩、碳粉過300目篩、硼粉過200目以上的篩，經(jīng)過上述過篩操作后，各不同粒徑尺寸的物料在混粉機(jī)內(nèi)形成緊密堆積結(jié)構(gòu)，最大限度的減少了制成粉坯體內(nèi)的間隙數(shù)量，進(jìn)而減少了燒結(jié)后的合金內(nèi)氣孔等缺陷的數(shù)量，提升了合金的性能。本發(fā)明中，由于鑰易氧化，因此在混料結(jié)束后、成型之前需要密封，以防止氧化和污染。本發(fā)明在燒結(jié)時采用氫氣氣體保護(hù)，可以有效防止合金元素的氧化以及碳元素的燒損；燒結(jié)完成后在燒結(jié)爐內(nèi)冷卻，使得降溫冷卻過程緩慢均勻的進(jìn)行，避免了生產(chǎn)的產(chǎn)品 在驟冷時由于應(yīng)力而出現(xiàn)內(nèi)部裂紋等缺陷，保證了合金的性能。本發(fā)明通過添加硼元素，大大強(qiáng)化了晶界的作用，進(jìn)一步提高了 TZM合金的高溫強(qiáng)度。有益效果本發(fā)明通過在TZM合金中摻雜硼元素，使得TZM合金的高溫強(qiáng)度得到了很大的提高，如材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率以及彎折次數(shù)等均得到了提高。經(jīng)檢測，與常規(guī)未摻雜硼元素的TZM合金相比，本發(fā)明生產(chǎn)的摻雜硼元素的TZM合金的抗拉強(qiáng)度提高15%以上，其韌性也有所提高，拓展了 TZM合金的用途。


圖I為以同樣的軋制工藝生產(chǎn)厚度為3mm板材的TZM合金和摻雜硼元素的TZM合金性能對比；
圖2為以同樣的旋鍛工藝生產(chǎn)的直徑5mm棒材的TZM合金和加硼元素的TZM合金性能對比；
圖3為以同樣的軋制工藝生產(chǎn)的厚度為0. 5mm板材的TZM合金和加硼元素的TZM合金彎折次數(shù)對比；
圖4為本發(fā)明制得的產(chǎn)品冷軋制后的金相圖譜。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。實施例I
摻雜硼元素的TZM合金，其制備方法為，包括以下步驟
I)混合粉料的制備
分別取過篩后的氫化鈦粉末、氫化鋯粉末、碳粉和硼粉加入到過篩后的鑰粉中，得到混合粉料，再將混合粉料送入混粉機(jī)中混合20小時，混合完畢后取出，封存?zhèn)溆茫?br> 其中，鑰粉過180目篩，氫化鈦和氫化鋯要求過200目篩，碳粉過300目篩，硼粉過200目以上的篩；
所述氫化鈦粉末的加入量為混合粉料總重量的0. 42%，氫化鋯粉末的加入量為混合粉料總重量的0. 12%,碳粉的加入量為混合粉料總重量的0. 06%,硼粉的加入量為混合粉料總重量的0. 022%，其余為鑰粉；
2)將步驟I)制得的混合完畢后的混合粉料送入模具中，并在200MPa壓力下壓制成粉坯體，備用；
3)將步驟2)制得的粉坯體送入氫氣保護(hù)的燒結(jié)爐中，在1950-1980°C的溫度下燒結(jié)8小時，然后停止燒結(jié)，并在燒結(jié)爐中冷卻9小時后取出，即制得產(chǎn)品。實施例2
摻雜硼元素的TZM合金，其制備方法為，包括以下步驟
1)混合粉料的制備
分別取過篩后的氫化鈦粉末、氫化鋯粉末、碳粉和硼粉加入到過篩后的鑰粉中，得到混合粉料，再將混合粉料送入混粉機(jī)中混合24小時，混合完畢后取出，封存?zhèn)溆茫?br> 其中，鑰粉過180目篩，氫化鈦和氫化鋯要求過200目篩，碳粉過300目篩，硼粉過200目以上的篩；
所述氫化鈦粉末的加入量為混合粉料總重量的0. 63%，氫化鋯粉末的加入量為混合粉料總重量的0. 1%，碳粉的加入量為混合粉料總重量的0. 03%，硼粉的加入量為混合粉料總重量的0. 02%，其余為鑰粉；
2)將步驟I)制得的混合完畢后的混合粉料送入模具中，并在200MPa壓力下壓制成粉坯體，備用；
3)將步驟2)制得的粉坯體送入氫氣保護(hù)的燒結(jié)爐中，在1950-1980°C的溫度下燒結(jié)9小時，然后停止燒結(jié)，并在燒結(jié)爐中冷卻9. 5小時后取出，即制得產(chǎn)品。實施例3
摻雜硼元素的TZM合金，其制備方法為，包括以下步驟
1)混合粉料的制備
分別取過篩后的氫化鈦粉末、氫化鋯粉末、碳粉和硼粉加入到過篩后的鑰粉中，得到混合粉料，再將混合粉料送入混粉機(jī)中混合22小時，混合完畢后取出，封存?zhèn)溆茫?br> 其中，鑰粉過180目篩，氫化鈦和氫化鋯要求過200目篩，碳粉過300目篩，硼粉過200目以上的篩；
所述氫化鈦粉末的加入量為混合粉料總重量的0. 52%，氫化鋯粉末的加入量為混合粉料總重量的0. 11%,碳粉的加入量為混合粉料總重量的0. 05%,硼粉的加入量為混合粉料總 重量的0. 021%，其余為鑰粉；
2)將步驟I)制得的混合完畢后的混合粉料送入模具中，并在200MPa壓力下壓制成粉坯體，備用；
3)將步驟2)制得的粉坯體送入氫氣保護(hù)的燒結(jié)爐中，在1950-1980°C的溫度下燒結(jié)10小時，然后停止燒結(jié)，并在燒結(jié)爐中冷卻10小時后取出，即制得產(chǎn)品。取上述實施例3)制備的產(chǎn)品，測定其性能指標(biāo)，并與現(xiàn)有技術(shù)未摻雜硼元素的TZM合金相比較，結(jié)果如附圖所示。
權(quán)利要求
1.一種摻雜硼元素的TZM合金，其特征在于由鑰元素、鈦元素、鋯元素、碳元素和硼元素組成，其中，各組成元素所占合金總重量的百分比分別為鈦0. 4-0. 6%，鋯0. 1-0. 12%，碳0. 01-0. 04%，硼 0. 02-0. 022%，其余為鑰。
2.如權(quán)利要求I所述的一種摻雜硼元素的TZM合金，其制備方法為，包括以下步驟 1)混合粉料的制備 分別取過篩后的氫化鈦粉末、氫化鋯粉末、碳粉和硼粉加入到過篩后的鑰粉中，得到混合粉料，再將混合粉料送入混粉機(jī)中混合20-24小時，混合完畢后取出，封存?zhèn)溆茫? 其中，鑰粉過180目篩，氫化鈦和氫化鋯要求過200目篩，碳粉過300目篩，硼粉過200目以上的篩； 所述氫化鈦粉末的加入量為混合粉料總重量的0. 42-0. 63%，氫化鋯粉末的加入量為混合粉料總重量的0. 1-0. 12%，碳粉的加入量為混合粉料總重量的0. 03-0. 06%，硼粉的加入量為混合粉料總重量的0. 02-0. 022%，其余為鑰粉； 2)將步驟I)中混合完畢后的混合粉料送入成型機(jī)中，在180-220MPa的壓力下壓制成粉坯體，備用； 3)將步驟2)制得的粉坯體送入燒結(jié)爐中，在溫度為1950-1980°C、氫氣保護(hù)的條件下燒結(jié)8-10小時，然后停止燒結(jié)，并在燒結(jié)爐中冷卻9-11小時后取出，即制得產(chǎn)品； 所述制得的產(chǎn)品中，各組成元素所占合金總重量的百分比需滿足鈦0. 4-0. 6%，鋯.0. 1-0. 12%，碳 0. 01-0. 04%，硼 0. 02-0. 022%，其余為鑰。
全文摘要
一種摻雜硼元素的TZM合金及其制備方法，由過篩后的氫化鈦粉末、氫化鋯粉末、碳粉和硼粉加入到過篩后的鉬粉中，再經(jīng)過混粉、成型、燒結(jié)制成，各組成元素所占合金總重量的百分比分別為鈦0.4-0.6%，鋯0.1-0.12%，碳0.01-0.04%，硼0.02-0.022%，其余為鉬。本發(fā)明通過在TZM合金中摻雜硼元素，使得TZM合金的高溫強(qiáng)度得到了很大的提高。經(jīng)檢測，與常規(guī)未摻雜硼元素的TZM合金相比，本發(fā)明生產(chǎn)的摻雜硼元素的TZM合金的抗拉強(qiáng)度提高15%以上，其韌性也有所提高，拓展了TZM合金的用途。
文檔編號C22C27/04GK102703788SQ201210212058
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者何鴻宇, 王小淼, 耿宏安 申請人:洛陽愛科麥鎢鉬制品有限公司