鉭十鎢棒材及其生產方法
2023-05-13 07:16:26 2
專利名稱：鉭十鎢棒材及其生產方法
技術領域：
本發明涉及合金技術領域，尤其涉及鉭十鎢棒材及其生產方法。
背景技術：
近年來隨著航空、航天和原子能工業的發展，特別是超音速飛機和4-6馬赫數的返回式超高音速空間飛行器的發展，對表面蒙皮材料和發動機內部高溫結構材料的要求越來越高。金屬鉭特別是鉭合金，如鉭鎢合金可用作超音速飛機、火箭、飛彈的耐熱高強度結構材料以及控制、調節裝置的零件等。鉭鎢合金熔點為3080 V，且有高溫韌性、耐衝擊，真空環境下最高使用溫度可達2500°C，可做宇宙飛船的部分位置下的表面蒙皮、燃燒室、飛彈發動機鼻椎、噴嘴、排氣管及其他重要部件。鉭十鎢合金在鉭鎢合金中屬於高鎢含量合金，鎢以替代性連續固溶體無限固溶於鉭，主要起到固溶強化作用，但鎢含量達到14 16被％後性能將不再有明顯的增加。隨著鎢含量的增加材料的脆性也隨之提高，在壓力加工過程中易產生脆性開裂。由於其加工過程中極易產生開裂，鑄錠既要通過熱鍛造充分破碎鑄造態存在的不良組織，又要保證合理的熱鍛造溫度及加工率的配合，因此鉭十鎢合金的熱加工工藝及鍛造工藝的選擇及匹配是該材料加工的關鍵點。通過合理工藝的實施，保證加工過程中材料不出現開裂失效問題，又要保證組織細小、均勻，避免在高溫高壓使用環境下，由於組織缺陷引起變形開裂失效的問題，使其適用於航空發動機用鉭十鎢噴管。為了滿足航空發動機鉭十鎢噴管的使用要求，現有技術主要採用下述方法製備鉭十鎢採用二次真空電子束爐熔煉外徑規格為φ97.5mm的鉭十鎢鑄錠，通過固定功率的中頻感應將鑄錠加熱至高溫，鍛造方式採用拔長加工的方式，即得到鉭十鎢棒材。但是上述鍛造工藝所得到的鍛造坯料鑄造態組織破碎程度低，內部不良組織消除不徹底，導致產品在高溫高壓下出現由於局部變形而造成的斷裂失效的質量問題。
發明內容
本發明解決的技術問題在於提供一種鉭十鎢棒材的生產方法，通過本發明提供的鍛造工藝能夠有效防止鉭十鎢棒材在高溫高壓下的斷裂失效。有鑑於此，本發明公開了一種鉭十鎢棒材的生產方法，包括以下步驟a)組十鶴鑄徒預熱,在預熱後的組十鶴鑄徒表面塗覆抗氧化塗層；b)將步驟a)得到的鉭十鎢鑄錠置於中頻感應圈中，依次在20KW 40KW和60Kff"80Kff的功率下加熱；c)將步驟b)得到的鉭十鎢鑄錠進行徑向墩粗和徑向拔長，循環多次；d)將步驟c)得到的鉭十鎢鑄錠進行退火，得到鉭十鎢棒材。優選的，所述預熱的溫度為15(Tl80°C。優選的，所述預熱的時間為2(T40min。優選的，所述抗氧化塗層為玻璃粉、水與水玻璃的懸浮液。
優選的，所述抗氧化塗層的厚度為2 3mm。優選的，所述步驟b)具體為將步驟a)得到的鉭十鎢鑄錠置於中頻感應圈中，依次在20KW功率下加熱Γ6π η，40KW功率下加熱5 7min，60KW功率下加熱8 12min，80KW功率下加熱l(Tl2min。優選的，所述加熱溫度為135(Tl400°C。優選的，所述步驟c)具體為Cl)將步驟b)得到的鉭十鎢鑄錠進行第一次徑向墩粗，所述第一次徑向墩粗的加工率為32% 45% ；c2)將步驟Cl)得到的鉭十鎢鑄錠進行第一次徑向拔長，所述第一次徑向拔長的加 工率為30% 42% ；c3)將步驟c2)得到的鉭十鎢鑄錠進行第二次徑向墩粗，所述第二次徑向墩粗的加工率為32% 45% ；c4)將步驟c3)得到的鉭十鎢鑄錠進行第二次徑向拔長，所述第二次徑向拔長的加工率為30% 42%。優選的，所述退火的溫度為110(Tl50(rC，所述退火的時間為l 5h。本發明還提供了一種鉭十鎢棒材，所述鉭十鎢棒材150(T2500°C的抗拉強度為260 45MPa。本發明提供了一種鉭十鎢棒材的生產方法，將鉭十鎢鑄錠預熱後，在其表面塗覆抗氧化塗層，隨後將表面有抗氧化塗層的鉭十鎢鑄錠依次在20KW 40KW和60KW 80KW的功率下加熱，將加熱後的鉭十鎢鑄錠進行鍛造，徑向墩粗和徑向拔長，循環多次；最後將鍛造後的鉭十鎢鑄錠進行退火，從而得到鉭十鎢棒材。與現有技術相比，本發明通過不同加熱功率分級加熱，可以有效降低由於溫度梯度及升溫速率過快造成的鑄錠殘餘內應力的產生與集中；而鍛造加工方面則採用徑向墩粗和拔長的方式，使得鑄錠中部及心部的柱狀晶區得到充分破碎，增加鑄錠中心部的柱狀晶區金屬向圓周方向流動的程度，從而明顯改善鉭十鎢鑄錠的鑄造態組織的不均勻程度；另一方面，通過反覆鍛造，消除了鉭十鎢鑄錠鑄造態的枝晶、晶帶、非等軸晶及粗晶等不良組織的存在，同時對材料起到了細晶強化的作用，從而防止鉭十鎢棒材在高溫高壓使用環境下出現局部變形而導致開裂失效情況發生。
具體實施例方式為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特徵和優點，而不是對本發明權利要求的限制。本發明實施例公開了一種鉭十鎢棒材的生產方法，包括以下步驟a)將組十鶴鑄徒預熱,在預熱後的組十鶴鑄徒表面塗覆抗氧化塗層；b)將步驟a)得到的鉭十鎢鑄錠置於中頻感應圈中，依次在20KW 40KW和60Kff"80Kff的功率下加熱；c)將步驟b)得到的鉭十鎢鑄錠進行徑向墩粗和徑向拔長，循環多次；d)將步驟c)得到的鉭十鎢鑄錠進行退火，得到鉭十鎢棒材。按照本發明，將鉭十鎢鑄錠首先進行預熱，預熱有利於鉭十鎢鑄錠表面防氧化塗層與鑄錠基體表面結合。本領域技術人員熟知的，鉭在180°C開始進入較為活躍的吸氧溫度，因此所述預熱的溫度優選為12(T18(TC，可以避開初始活躍吸氧溫度。本領域技術人員熟知的，金屬的加熱方式分為兩種隨爐升溫和溫到裝爐加熱。由於鉭的化學活性及吸氣性能較強，隨爐加熱方式使鉭十鎢鑄錠長時間在有氧環境下受熱，將導致鑄錠被氧化。作為優選方案，本發明採用溫到裝爐加熱的方式將所述鉭十鎢鑄錠預熱，該加熱方式在短時間內使鑄錠表面迅速達到溫·度，同時減少加熱過程中的吸氣氧化。所述預熱的時間優選為20 40min，更優選為25 35min。將所述組十鶴鑄徒預熱後，則在組十鶴鑄徒表面塗覆抗氧化塗層。在組十鶴鑄徒表面塗覆抗氧化塗層能夠防止鑄錠基體的氧化程度以及阻止氧原子進一步向鑄錠內部擴散。所述抗氧化塗層優選為水、水玻璃和高溫玻璃粉的懸浮液。所述抗氧化塗層的厚度優選為2 3_。按照本發明，將鉭十鎢鑄錠的表面塗覆抗氧化塗層後，則將得到的鉭十鎢鑄錠進行加熱，本發明採用了中頻感應加熱，將表面塗覆有抗氧化塗層的鉭十鎢鑄錠依次在2(T40KW和6(T80KW加熱。為了更加有效降低鑄錠的殘餘內應力，作為優選方案，所述步驟c)具體為將表面塗覆抗氧化塗層的鉭十鎢鑄錠置於中頻感應圈中，依次在20KW功率下加熱4 6min，在40KW功率下加熱5 7min，在60KW功率下加熱8 12min，在80功率下加熱l(Tl2min。在加熱的過程中，為了嚴格控制加熱溫度，本發明優選採用高溫紅外線測溫儀監控，斷面心部到邊部溫差不大於20°C，鑄錠徑向整體溫差不大於40°C。所述加熱溫度優選為135(Tl400°C。本發明通過採用不同加熱頻率分級加熱的方式是相對於固定頻率加熱方式而言，固定頻率加熱，升溫速率較快，溫度梯度較高，內應力集中程度較高，鍛造過程易產生應力集中處開裂及裂紋擴展造成的失效；而不同頻率分級加熱升溫速率較低，溫度梯度較低，內應力不易產生集中，有效降低鍛造過程中開裂的可能。所述鉭十鎢鑄錠經過加熱後，則將鉭十鎢鑄錠進行鍛造。本領域技術人員熟知的，鑄錠是採用電子束爐熔煉，熔煉方向是徑向，即鑄錠長度方向，延徑向熔煉過程中是產生粗晶、枝晶及晶帶的方向，該方向也是塑性較好的方向。而徑向的墩粗加工能夠在徑向上破碎鑄造態的粗晶、枝晶等組織，使晶粒細化，同時徑向壤粗鑄澱容易變形，不易開裂。反覆壤粗拔長，即反覆的將鑄造態枝晶、粗晶延組織取向反覆的壓縮及拉長，對鑄造組織破碎極為有利，可以有效破碎鑄造態組織，起到細化晶粒作用。如採用一次徑向墩粗、拔長就結束鍛造不能夠有效的對組織進行細晶強化，達不到最終的組織效果。本發明將將經過加熱的鑄錠進行徑向墩粗和徑向拔長，使得鑄錠中部及心部的柱狀晶區得到充分破碎，增加鑄錠中心部的柱狀晶區金屬向圓周方向流動的程度，從而明顯改善鉭十鎢鑄錠的鑄造態組織的不均勻程度。本發明中，將鑄錠進行鍛造的過程中，可以先進行徑向墩粗，再進行徑向拔長，也可以先進行徑向拔長，再進行徑向墩粗，對此本發明並沒有特別的限制，但是按照本發明，不能進行單次墩粗或單次拔長。作為優選方案，所述步驟c)具體為Cl)將步驟b)得到的鉭十鎢鑄錠進行第一次徑向墩粗，所述徑向墩粗的加工率為32% 45% ；c2)將步驟Cl)得到的鉭十鎢鑄錠進行第一次徑向拔長，所述徑向拔長的加工率為30%"42% ；c3)將步驟c2)得到的鉭十鎢鑄錠進行第二次徑向墩粗，所述徑向墩粗的加工率為32% 45% ；c4)將步驟c3)得到的鉭十鎢鑄錠進行第二次徑向拔長，所述徑向拔長的加工率為309^42%。按照本發明，在上述步驟中，優選限定了徑向墩粗和徑向拔長的加工率，單次徑向墩粗的加工率能夠保證有效的徑向組織破碎程度，同時保證單方向鍛造加工率超出材料承受極限造成的鍛造開裂產生；但是不能夠無限增大單次徑向加工率，材料在一個方向上所能夠承受的變形量是有限的，超過一定極限數值將產生滑移開裂。本發明主要是將外徑大於150mm的鑄錠，經過鍛造工藝，得到外徑大於60mm的鉭十鎢棒材，為了使鍛造後的鉭十鎢棒材的加工率滿足上述要求，作為優選方案，鉭十鎢鑄錠鍛造完成後，將其冷卻，再次進行與上述方案相同的加熱和鍛造工序。
按照本發明，鉭十鎢鑄錠鍛造完成後，將鉭十鎢鑄錠進行退火，從而得到鉭十鎢棒材。所述退火的溫度優選為110(Γ1500 ，更優選為120(Γ1350 ，所述退火的時間為l 5h， 更優選為2 4h。本發明還提供了一種鉭十鎢棒材，所述鉭十鎢棒材在150(T250(TC的高溫下的抗拉強度為26(T45MPa，鉭十鎢棒材的使用溫度越高，其抗拉強度越低。作為優選方案，所述鉭十鎢棒材在150(T2500°C的高溫下，其伸長應力(σ ρ0· 2)為255 45MPa，延伸率(δ 5)為4(Γ20%，斷面收縮率(Ψ)為94 79%，由上述實驗數據可知，鉭十鎢棒材的使用溫度越高，其力學性能隨之下降。關於鉭十鎢力學性能的測試為本領域技術人員熟知的方法，本發明並沒有特別的限制。本發明提供了一種鉭十鎢棒材的生產方法，通過不同的加熱功率，可以有效降低由於溫度梯度的存在及升溫速率過快造成的鑄錠殘餘內應力的產生及集中；而鍛造加工方面則採用徑向墩粗和拔長的方式，使得鑄錠中部及心部的柱狀晶區得到充分破碎，增加鑄錠中心部的柱狀晶區金屬向圓周方向流動的程度，從而明顯改善鉭十鎢鑄錠的鑄造態組織的不均勻程度；另一方面，通過反覆鍛造，消除了鉭十鎢鑄錠鑄造態的枝晶、晶帶、非等軸晶及粗晶等不良組織的存在，同時對材料起到細晶強化作用，從而防止鉭十鎢棒材在高溫高壓使用環境下出現局部變形而導致開裂失效情況發生。將本發明製備的鉭十鎢棒材用於航空發動機擴張段直徑50mm以上噴管的材料，其在高溫高壓下難以發生變形開裂。為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的鉭十鎢棒材的生產方法進行詳細說明，本發明的保護範圍不受以下實施例的限制。實施例II)鉭十鎢鑄錠為真空電子束爐三次熔煉鑄錠，鑄錠的尺寸為Φ153Χ150πιπι (直徑X長度)，具體成分、規格及標準對照如下表I所示表I鉭十鎢鑄錠元素含量信息表
權利要求
1.一種鉭十鎢棒材的生產方法，包括以下步驟a)將鉭十鎢鑄錠預熱，在預熱後的鉭十鎢鑄錠表面塗覆抗氧化塗層；b)將步驟a)得到的鉭十鎢鑄錠置於中頻感應圈中，依次在20KW 40KW和60KW 80KW的功率下加熱；c)將步驟b)得到的鉭十鎢鑄錠進行徑向墩粗和徑向拔長，循環多次；d)將步驟c)得到的鉭十鎢鑄錠進行退火，得到鉭十鎢棒材。
2.根據權利要求I所述的生產方法，其特徵在於，所述預熱的溫度為15(T18(TC。
3.根據權利要求I所述的生產方法，其特徵在於，所述預熱的時間為2(T40min。
4.根據權利要求I所述的生產方法，其特徵在於，所述抗氧化塗層為高溫玻璃粉、水與水玻璃的懸浮液。
5.根據權利要求I所述的生產方法，其特徵在於，所述抗氧化塗層的厚度為2 3mm。
6.根據權利要求I所述的生產方法，其特徵在於，所述步驟b)具體為將步驟a)得到的鉭十鎢鑄錠置於中頻感應圈中，依次在20KW功率下加熱r6min，40KW功率下加熱5 7min，60KW功率下加熱8 12min，80KW功率下加熱l(Tl2min。
7.根據權利要求I所述的生產方法，其特徵在於，所述加熱溫度為135(T140(TC。
8.根據權利要求I所述的生產方法，其特徵在於，所述步驟c)具體為Cl)將步驟b)得到的鉭十鎢鑄錠進行第一次徑向墩粗，所述第一次徑向墩粗的加工率為 32% 45% ；c2)將步驟Cl)得到的鉭十鎢鑄錠進行第一次徑向拔長，所述第一次徑向拔長的加工率為 30% 42% ；c3)將步驟c2)得到的鉭十鎢鑄錠進行第二次徑向墩粗，所述第二次徑向墩粗的加工率為 32% 45% ；c4)將步驟c3)得到的鉭十鎢鑄錠進行第二次徑向拔長，所述第二次徑向拔長的加工率為 30% 42%。
9.根據權利要求I所述的生產方法，其特徵在於，所述退火的溫度為110(Γ1500 ，所述退火的時間為f 5h。
10.一種鉭十鎢棒材，其特徵在於，所述鉭十鎢棒材在150(T2500°C的抗拉強度為260 45MPa。
全文摘要
本發明提供一種鉭十鎢棒材的生產方法，包括以下步驟a)將鉭十鎢鑄錠預熱，在預熱後的鉭十鎢鑄錠表面塗覆抗氧化塗層；b)將步驟a)得到的鉭十鎢鑄錠置於中頻感應圈中，依次在20KW~40KW和60KW~80KW的功率下加熱；c)將步驟b)得到的鉭十鎢鑄錠進行徑向墩粗和徑向拔長，循環多次；d)將步驟c)得到的鉭十鎢鑄錠進行退火，得到鉭十鎢棒材。本發明還提供了一種鉭十鎢棒材。本發明通過將鉭十鎢鑄錠在不同功率加熱，使鉭十鎢鑄錠受熱均勻，有效降低內應力的產生與集中；而鍛造加工則採用徑向墩粗和拔長的方式，改善了鉭十鎢鑄錠鑄造態組織的不均勻程度及破碎程度，防止鉭十鎢棒材在高溫高壓使用環境下出現開裂失效的問題。
文檔編號B21J5/08GK102921850SQ201210426588
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者孫偉, 李桂鵬, 汪凱, 同磊, 董超群, 李積賢, 安鋼, 梁立 申請人:寧夏東方鉭業股份有限公司