一种高硬度铌合金及其制备方法

本发明涉及合金，具体涉及一种高硬度铌合金及其制备方法。

背景技术：

1、具有良好的抗疲劳性能、耐磨性能、抗拉强度和屈服性能的铌合金，能够满足对材料良好物理和化学性能的要求，但由于航空航天、汽车工业和能源与环保领域的飞速发展，对材料的相关性能要求越来越高，目前，通过向铌基体中添加钼、钨、锆等合金元素，以固溶强化和沉淀强化相结合的方式，提高了制得的铌合金力学性能，但该铌合金的强度不高。

2、现有技术公开了一种低密度高硬度种低密度高强铌合金棒材，由ti、al、w、cr、zr、mo、y和nb组成，通过向铌基体中加入低、高熔点金属元素，保证了低密度和抗拉强度，但制得的铌合金硬度不高。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的铌合金硬度不高的缺陷，从而提供一种高硬度铌合金及其制备方法。

2、一方面，本发明提供一种高硬度铌合金，以质量百分数计，所述高硬度铌合金的化学成分包括：钨4.5％～5.5％；钼1.5％～2.5％；锆0.6％～1.5％；碳0.03％～0.10％；钇0.15％～0.3％；钛0.1％～5％；其余为铌和不可避免的杂质。

3、优选的，以质量百分数计，所述钛的含量为0.1％～3.0％。

4、更优选的，以质量百分数计，所述钛的含量为0.1％～1.0％。

5、另一方面，本发明提供一种高硬度铌合金的制备方法，包括如下步骤，

6、将铌合金、金属钇和金属钛熔炼，退火，制得高硬度铌合金。

7、在其中一些实施例中，所述熔炼的方法包括真空电子束熔炼法和真空悬浮熔炼法中的至少一种，优选为真空悬浮熔炼法。

8、优选的，所述真空悬浮熔炼法的熔炼温度为2600～2800℃，熔炼时间为5～20min。

9、优选的，所述真空悬浮熔炼法的真空度为1×10-3～5×10-3pa。

10、优选的，所述真空电子束熔炼的熔炼温度为2600～2800℃，熔炼时间为1.5～2h，真空度为1×10-3～1×10-4pa。

11、在其中一些实施例中，所述铌合金、金属钇和金属钛的质量比为1000：(1.9～3.9)：(3.9～65)。

12、在其中一些实施例中，所述退火的步骤包括在惰性气氛中，将熔炼后的铸锭在800～900℃内，退火1～2h。

13、优选的，退火时的真空度为1×10-3pa～1×10-4pa。

14、优选的，所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气中的至少一种。

15、在其中一些实施例中，所述铌合金金属钇与金属钛熔炼时，以金属钇和金属钛为夹心层，铌合金为外层，形成外层-夹心层-外层的结构进行熔炼。

16、优选的，采用所述外层-夹心层-外层的结构进行熔炼时，熔炼次数为至少一次，

17、可选的，当熔炼次数大于一次时，对熔炼后得到的铸锭翻转后进行再次熔炼。

18、在其中一些实施例中，所述铌合金和金属钇与金属钛熔炼后，退火前，还包括对熔炼后的铸锭冷却、加热、轧制的步骤。

19、在其中一些实施例中，所述对熔炼后的铸锭冷却的步骤包括水冷。

20、在其中一些实施例中，对冷却的铸锭加热的温度为400～600℃，加热时间1～1.5h。

21、在其中一些实施例中，所述轧制的变形量为4％～8％/次。

22、在其中一些实施例中，轧制变形的次数为6～12次。

23、在其中一些实施例中，单次轧制后还包括对轧制后的轧板进行保温处理，保温的温度400～600℃，保温的时间5～10min。

24、在其中一些实施例中，所述铌合金的制备方法包括将金属铌和合金元素混合，制成坯条，将坯条采用真空电子束熔炼制得铌合金。

25、优选的，制备铌合金的真空电子束熔炼的熔炼温度为2600～2800℃，熔炼时间为1.5～2h，真空度为1×10-3～1×10-4pa。

26、优选的，所述合金元素包括钨元素、钼元素、锆元素和碳元素。

27、在其中一些实施例中，所述铌元素、钨元素、钼元素、锆元素和碳元素的质量比为(90～94):(4.5～5.5)：(1.5～2.5):(0.6～1.5):(0.03～0.1)。

28、优选的，所述金属铌和合金元素混合的转速为40～80rpm，混合时间为10～14h。

29、在其中一些实施例中，所述坯条的制备方法包括向混合料中加入粘结剂，冷压制成坯料，将坯料烧结，得到坯条，

30、可选的，所述坯料的烧结温度1900～2000℃，保温时间12～18h，真空度1×10-2～5×10-2pa。

31、优选的，所述粘结剂包括乙醇，乙醇的质量浓度90～97％。

32、在其中一些实施例中，所述粘结剂与混合物的质量比1：(10-12)。

33、本发明技术方案，具有如下优点：

34、1.本发明提供的高硬度铌合金，以质量百分数计，所述高硬度铌合金的化学成分包括：钨4.5％～5.5％；钼1.5％～2.5％；锆0.6％～1.5％；碳0.03％-0.1％；钇0.15％～0.3％；钛0.1％～5.0％；其余为铌和不可避免的杂质。本发明通过向含有金属钇元素的铌合金中引入钛元素，有效的提高了铌合金的硬度。

35、2.本发明提供的高硬度铌合金，以质量百分数计，所述钛的含量为0.1％～3.0％，优选为0.1％～1.0％。本发明钛含量在0.1％～1.0％的铌合金硬度表现更优。

36、3.本发明提供的高硬度铌合金制备方法，包括如下步骤，将铌合金、金属钇和金属钛熔炼，退火，制得高硬度铌合金。本发明通过将铌合金、金属钇和金属钛熔炼，在退火的过程中，由于钛的存在，使得氧化钇能够延着铌合金基体的晶界处析出富集，提高了退火后制得的铌合金的硬度。

37、4.本发明提供的高硬度铌合金制备方法，所述熔炼的方法包括真空电子束熔炼法和真空悬浮熔炼法中的至少一种，优选为真空悬浮熔炼法。本发明通过真空悬浮熔炼法熔炼制得高强度铌合金，降低了钇元素和钛元素的损失量，提高了钇元素和钛元素的利用率。

38、5.本发明提供的高硬度铌合金制备方法，所述铌合金金属钇与金属钛熔炼时，以金属钇和金属钛为夹心层，铌合金为外层，形成外层-夹心层-外层的结构进行熔炼。本发明通过采用铌合金包覆金属钇和金属钛的方式形成外层-夹心层-外层的铺设结构，能够确保真空悬浮熔炼过程中，钇元素和钛元素分布均匀，进而保障制得的高强度铌合金基体内部氧化钇分布均匀，提高铌合金性能的稳定性。

技术特征：

1.一种高硬度铌合金，其特征在于，以质量百分数计，所述高硬度铌合金的化学成分包括：

2.根据权利要求1所述的高硬度铌合金，其特征在于，以质量百分数计，所述钛的含量为0.1％～3.0％。

3.根据权利要求2所述的高硬度铌合金，其特征在于，以质量百分数计，所述钛的含量为0.1％～1.0％。

4.一种权利要求1-3任一项所述的高硬度铌合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的方法包括真空电子束熔炼法和真空悬浮熔炼法中的至少一种，优选为真空悬浮熔炼法；和/或，

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述真空悬浮熔炼法的熔炼温度为2600～2800℃，熔炼时间为5～20min；和/或，

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铌合金、金属钇与金属钛熔炼时，以金属钇和金属钛为夹心层，铌合金为外层，形成外层-夹心层-外层的结构进行熔炼；和/或，

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述对熔炼后的铸锭冷却的步骤包括水冷；和/或，

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述铌合金的制备方法包括将金属铌和合金元素混合，制成坯条，将坯条采用真空电子束熔炼制得铌合金，

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述合金元素包括钨元素、钼元素、锆元素和碳元素；和/或，

技术总结本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种高硬度铌合金及其制备方法。本发明提供一种高硬度铌合金，以质量百分数计，所述高硬度铌合金的化学成分包括：钨4.5％～5.5％；钼1.5％～2.5％；锆0.6％～1.5％；碳0.03％‑0.1％；钇0.15％～0.3％；钛0.1％～5％；其余为铌和不可避免的杂质。本发明通过向含有金属钇元素的铌合金中引入钛元素，有效的提高了铌合金的硬度。技术研发人员：张晓新,邵鸣宇,宋照堃,燕青芝受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11