技术领域
[0001 ] 本
发明涉及一种铌合金棒材的加工工艺。 背景技术
[0002] 随着航空航天技术的不断发展,宇航材料的性能要求在不断的提高。在各国所研 发出的钽、铌、钼、钨等多种
高温合金材料中,铌系列合金以其优良的高温
力学性能、可加工 性能以及低
密度、低成本等在宇航材料中一直占据着重要地位。
[0003] 美国在1965年研制的牌号C103铌合金使用
温度为1400°C、短时1500°C,在 1500°C下拉伸强度还有42MPa,是任何
铁基、镍基合金无法匹敌的,该合金被广泛应用于航 天器耐热结构,包括各类卫星、飞船用
辐射冷却轨、姿控推力室室壁材料。但随着空间技术 的发展,对
发动机提出更高性能要求,相应要求材料有更高使用温度,国外一方面寻找耐温 更高的材料,如80年代研制成功的铼基(铱涂层)材料,
工作温度可高达2200°C,但这类材 料比铌合金重很多、且原料稀少、加工工艺复杂。另一发展方向是改进现有铌合金、提高其 使用温度,美国又研制出如Nb-W-Mo-&系列等可焊高强铌合金,其1750°C是拉伸强度与 C103合金1500°C时相当,使用温度短时可达1650°C以上;苏联在这一时期也主要集中对 他^0-&系列铌合金进行研究,如牌号5 13 μ υ铌合金,其1700°C是拉伸强度达到60MPa 左右。但是,随着空间技术的发展,上述现有材料无法满足更高使用温度的要求。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服上述
现有技术的
缺陷,提供一种耐温更高,且高温拉伸强 度更大的铌合金棒材的加工工艺。
[0005] 一种铌合金棒材的加工工艺,其特征在于其工艺步骤为:a.将铌合金
铸锭在中频
感应加热炉中进行第一次加热,然后
挤压开坯,
酸洗,
热处理, 定尺锯料后在中频感应加热炉中进行二次加热,
锻造、拔长后获得成品坯;
b.将上述成品坯进行成品
车削,成品酸洗,成品热处理后即可; 所述铌合金铸锭的原料组成为Nb-5W-2Mo-l& ;
上述a过程中第一次加热的加热温度为1350°C〜1450°C,保温时间为10〜15min,第 二次加热的加热温度为加热温度为1300°C〜1400°C,保温时间为8〜12min ;
上述a过程中在挤压开坯前在铸锭表面涂覆一层高温防
氧化涂料,涂敷厚度为0. 2〜 0. 3mm ;
上述a过程中的酸洗是采用HNO3 =HF =H2O= 5 :1 :1,该比例以体积比计; 上述a和b过程中的热处理温度为1400〜1500°C,保温时间为60〜120min ; 上述b过程中的成品酸洗是采用HN03 =HF =H2O= 10 :1 :5,该比例以体积比计。
[0006] 本发明的铌合金铸件——牌号Nb521 :Nb-5W-2Mo-l&,是以金属铌作为基体,添加 钨、钼和锆等高熔点金属元素所获得的,其中Nb521 :Nb-5W-2Mo-l&指的是所有金属都采 用纯金属按照重量配比1 :5 :2 :1的比例配置。[0007] 本发明对上述应用于火箭及导弹姿控和轨控发动机材料的铌合金(牌号Nb521)铸 锭进行中频感应加热炉加热、挤压开坯和锻造加工,并配以合适的热处理工艺,得到需要的 棒材尺寸,其技术优势主要体现在:1)对大直径铸锭进行中频
感应炉快速加热、保温,通过减少物料与大气气氛
接触时间 减轻0、N等气体元素渗入并在
晶界聚集而使合金晶界强度提高、塑性变差的程度,防止在 后续挤压和锻造加工中物料发生严重开裂。
[0008] 2)借助挤压加工三向压
应力受力状态充分发挥材料塑性的良好加工方式,一方面 解决了合金铸锭开坯容易开裂的问题,另一方面经过大
变形量挤压,可以使原始铸态粗晶 组织充分
破碎,从而改善合金的综合性能。
[0009] 3)通过锻造加工方式获得需要的成品棒坯尺寸。
[0010] 4)通过
车床机械加工车制的方式得到需要的棒材成品尺寸。
[0011] 通过本发明加工方法获得的铌合金(牌号Nb521)棒材性能稳定、成份均勻,在 1400°C时拉伸强度达到190MPa,比C103合金高出近4倍;在1600°C时拉伸强度达到70MPa 以上,在1800°C时拉伸强度仍保持有50MPa以上,将航空航天耐热结构材料工作温度提高 200°C以上。
具体实施方式
[0012] 以金属铌作为基体,添加钨、钼和锆等高熔点金属元素组成铌合金铸锭,其原料组 成为Nb-5W-2Mo-l& (均是纯金属元素,按照重量比1 :5 :2 :1配置)。
[0013] 本发明铌合金棒材的加工步骤为:1、一次加热:将铌合金(牌号Nb521)铸锭在中频感应加热炉中加热,加热温度为 1350°C〜1450°C,保温时间为10〜15min。
[0014] 2、挤压开坯:0 220mmXL— Φ 105mmX L ‘,挤压速度220mm/s,必要时对加热后挤 压前铸锭表面涂覆一层高温防氧化涂料,涂敷厚度为0. 2-0. 3mm,可使挤压更为顺利,并可 减少棒坯表面的挤压沟槽等缺陷。
[0015] 3、酸洗:用HNO3 =HF =H2O= 5 :1 :1 (体积比)进行酸洗,目的是去除表面杂质,肉 眼观察可见金属光泽即可。
[0016] 4、热处理:热处理温度为1400〜1500°C,保温时间为60〜120min。
[0017] 5、定尺下料:根据最终成品的1. 15〜1. 40倍重量计算,锯料。
[0018] 6、二次加热:在中频感应加热炉进行二次加热,加热温度为1300°C〜1400°C,保 温时间为8〜12min。
[0019] 7、锻造获得成品坯:拔长,0105mmXL—成品直径XL ‘,锻造送进量L=O. 6D (D 为锻造前坯料直径),压下量△ h=0. 03D,为获得较为均勻的变形,在拔长操作时,应使前后 各遍压缩时的进料
位置相互交错开。
[0020] 8、成品车削,将锻造棒坯分多刀次车削至需要尺寸公差范围内,肉眼观察无折叠、 起皮、裂缝、裂纹或客户明示的缺陷。
[0021] 9、成品酸洗,HNO3 =HF =H2O= 10 :1 :5 (体积比),去除表面车削油污等其他附着 物,肉眼观察可见金属光泽无杂斑即可。
[0022] 11、成品热处理,同步骤4,即可。