[发明专利]一种铌钨钼锆合金铸锭的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种铌钨钼锆合金铸锭的制备方法。

背景技术

Nb521铌钨合金是铌钨钼锆合金的一种，由基体金属铌与合金元素钨、钼和锆组成；Nb521铌钨合金的名义成分为Nb-5.0W-2.0Mo-1.0Zr，可以在1500℃以下长期工作，在航天用火箭发动机部件有良好的使用前景。Nb521铌钨合金通常采用电子束炉进行熔炼铸锭，Nb521铌钨合金的密度在8.85g/cm³～9.0g/cm³之间。为了提高强度，通常会将Nb521铌钨合金铸锭的碳含量提高到0.05%～0.12%，这又会生成大量的碳化物如ZrC、WC，这些碳化物的硬度都非常高，会造成后续加工的棒材或板材出现意外的裂纹、分层及起皮缺陷。研究表明，Nb521铌钨合金在钨、钼含量不变的条件下，仅增加锆质量含量到1.7%左右，就可以将合金密度降低到8.75g/cm3左右，并且不会降低合金的室温性能和高温性能。与现有已经定型的航天用铌铪合金（NbHf10-1）相比，锆质量含量为1.65%～1.75%的铌钨钼锆合金的可使用温度能提高250℃，1600℃时的高温强度是铌铪合金的二倍，而密度仅比铌铪合金增加了不到0.15g/cm³，因此锆质量含量为1.65%～1.75%的铌钨钼锆合金对于航天用途有重要意义。

然而，在Nb521铌钨合金中增加锆至锆的质量含量不小于1.0%后，采用传统的电子束熔炼方式将会由于锆在铌中的固溶度及锆与铌密度的差异等物性特点，造成成品合金铸锭中锆的偏析程度超过50%，从而影响材料组织和性能的一致性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种铌钨钼锆合金铸锭的制备方法。采用该方法制备的铌钨钼锆合金铸锭具有良好的组织成分均匀性，能够在不改变铌钨钼锆合金的室温性能和高温性能的前提下保持铌钨钼锆合金具有低密度，对于航天用途有重要意义。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种铌钨钼锆合金铸锭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将多根长度均为300mm～1500mm，宽度和厚度均为14mm～16mm的铌钨钼金属条整齐叠放，使整齐叠放后的铌钨钼金属条的总长度为1200mm～1500mm，总宽度为42mm～48mm，总厚度为56mm～64mm，再在整齐叠放后的铌钨钼金属条中部水平铺设第一纯锆板，然后将铺设有第一纯锆板的铌钨钼金属条置于氩弧焊箱中，将第一纯锆板和整齐叠放后的铌钨钼金属条进行氩弧焊接，得到熔炼电极；所述第一纯锆板的长度和宽度均与整齐叠放后的铌钨钼金属条相同，所述第一纯锆板的重量为熔炼电极重量的1.2%～1.25%；多根所述铌钨钼金属条中钨的质量百分含量均为4.7%～5.0%，钼的质量百分含量均为2.0%～2.3%，余量均为铌和不可避免的杂质；

步骤二、将步骤一中所述熔炼电极置于真空电子束熔炼炉中，在真空度不大于2.0×10^-2Pa的条件下进行两次真空电子束熔炼，得到半成品铸锭；所述半成品铸锭的横截面为直径为85mm～105mm的圆形；

步骤三、将厚度为2.0mm的第二纯锆板裁剪成多根长度均为100mm，宽度均为8mm～13mm的纯锆条，多根所述纯锆条的总重量为步骤二中所述半成品铸锭重量的0.5%～0.75%；

步骤四、采用铁丝将步骤三中多根所述纯锆条均紧密贴附于半成品铸锭的外表面，然后将外表面贴附有多根纯锆条的半成品铸锭置于氩弧焊箱中，将多根所述纯锆条均与半成品铸锭进行氩弧焊接，之后除去铁丝，得到电弧熔炼用自耗电极；多根所述纯锆条均沿长度方向与半成品铸锭平行；

步骤五、将步骤四中所述电弧熔炼用自耗电极置于真空自耗电弧熔炼炉中进行两次真空自耗电弧熔炼，得到铌钨钼锆合金铸锭；所述铌钨钼锆合金铸锭中锆的质量百分含量为1.65%～1.75%。

上述的一种铌钨钼锆合金铸锭的制备方法，其特征在于，步骤一中多根铌钨钼金属条的密度均为7.9g/cm³～8.4g/cm³。

上述的一种铌钨钼锆合金铸锭的制备方法，其特征在于，步骤二中所述半成品铸锭中锆的质量百分含量为1.0%～1.15%，氧的质量百分含量不大于0.01%。

上述的一种铌钨钼锆合金铸锭的制备方法，其特征在于，步骤二中所述半成品铸锭的长度值为100的整数倍，所述半成品铸锭长度的单位为mm。