[发明专利]一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法

说明书

本发明公开了一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，该方法首先将低密度铌合金进行高温固溶处理，然后再加工变形20％～40％，最后在固溶温度以下进行淬火处理。本发明根据低密度铌合金的特点，结合第二相析出规律机制，避免TiC在晶界析出，在晶内聚集长大。本发明通过该热处理方法可获得TiC相在整个基体弥散、细小析出的合金材，实现对低密度铌合金组织结构、性能的最优化调控。

技术领域

本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法。

背景技术

铌合金是难熔金属中密度最小的材料，室温塑性好，焊接性能优异，1100℃～1650℃下仍有较高的强度，在航天飞行器、卫星、导弹、火箭等高温结构部位都有广泛的应用。

为满足航空航天更高比强度的要求，西北有色金属研究院研发出新型低密度铌合金，由以下质量百分数的成分组成：Ti 26％～35％，Al 4％～10％，V 5％～10％，Zr 0.5％～5％，Mo 0～5％，C 0.01％～0.1％，余量为Nb和不可避免的杂质，所述低密度铌合金的密度为5.5g/cm3～6.4g/cm3，利用Nb和Ti可以无限固溶的特征，以Nb-Ti为基，添加一定量的Al，进一步降低密度；添加少量Zr、V、Cr等元素，实现固溶强化；添加少量C元素，与基体中的Ti结合形成TiC，实现第二相弥散强化。该类合金为bcc体心立方结构，比镍基合金密度低、熔点高、强度高，焊接性能优良，抗蚀性强，具有较高的比强度，已成为中等温度结构件的候选材料。

根据第二相粒子理论，添加TiC可阻碍位错运动，提高合金的塑性变形抗力，第二相颗粒越细小、越弥散，对合金的强度提高越明显。目前低密度铌合金均是满足高温条件下的使用要求，需在较高温度下热加工或退火，若处理不当，会促使第二相在晶界区域析出，在晶内聚集长大，如附图1所示，为低密度铌合金显微金相组织图，从图中很明显可观察到，1150℃下保温60min，第二相明显沿晶界析出、长大。第二相沿晶界析出，会导致裂纹沿晶界萌生与扩展。在晶界上形成富集区的同时在晶界两边出现贫化区，严重时会导致合金塑性迅速下降，甚至发生脆断。为此，需要发展一种新的、可行性较强的热处理技术，通过该技术一方面促进第二相在整个金属基体中弥散析出，另一方面尽量降低第二相的析出长大，满足低密度铌合金的服役要求。

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，提供为了一种低密度铌合金的热处理方法。该热处理方法解决低密度铌合金热加工或热处理时容易导致TiC相沿晶界析出的问题，本发明的热处理方法结合低密度铌合金中TiC析出规律机制，提供了一种第二相弥散析出热处理方法。通过该方法，可获得TiC在晶内弥散、细小析出的组织结构，从而保证合金强度、塑性，实现对低密度铌合金组织结构、性能的最优化调控。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，其特征在于：该方法为：首先将低密度铌合金进行高温固溶处理，然后再加工变形，最后在低密度铌合金中杂质C元素的固溶温度1250℃以下进行淬火处理。

本发明所用的低密度铌合金由以下质量百分数的成分组成：Ti 26％～35％，Al4％～10％，V 5％～10％，Zr 0.5％～5％，Mo 0～5％，C 0.01％～0.1％，余量为Nb和不可避免的杂质，所述低密度铌合金的密度为5.5g/cm3～6.4g/cm3。

上述一种低密度铌合金的第二相弥散析出热处理方法，其特征在于：所述高温固溶处理的温度为1250℃～1450℃，保温时间为1h～3h；所述加工变形的变形量为20％～40％；所述淬火处理的方式为水淬，所述水淬的温度为1050～1250℃，时间为10min～30min。