[发明专利]一种低密度Nb-Ti-Al-V-Zr-C铌合金棒材的制备方法

说明书

本发明公开了一种低密度Nb‑Ti‑Al‑V‑Zr‑C铌合金棒材的制备方法，该方法包括：一、将低密度Nb‑Ti‑Al‑V‑Zr‑C铌合金铸锭进行一次挤压得到一次挤压棒；二、二次挤压得到二次挤压棒；三、淬火处理；四、自由锻造加工；五、真空退火得到低密度Nb‑Ti‑Al‑V‑Zr‑C铌合金棒材。本发明采用“两次挤压+淬火+锻造”的工艺制备低密度铌合金棒材，通过增加淬火处理和二次挤压工艺，使得碳化物增强相TiC回溶后再次析出成核并弥散分布在基体中，有效降低了碳化物强化相的尺寸并提升其分散度，实现了低密度铌合金棒材断后伸长率的提高，使其表现出室温高强高塑性力学性能。

技术领域

本发明属于难熔金属技术领域，具体涉及一种低密度Nb-Ti-Al-V-Zr-C铌合金棒材的制备方法。

背景技术

在航空航天领域，新型Nb-Ti-Al系合金以其密度低6.0g/cm³～7.0g/cm³、比强度高、高温抗氧化性能好等优点成为重要结构材料。该铌合金可应用于军用飞机热油管路，也可应用于火箭发动机扩散段和星际运输用结构件等。降低合金密度可以降低结构件的质量，增加有效载荷、降低燃料消耗。该合金棒材室温抗拉强度约900MPa～1000MPa，断后伸长率为10％～25％，1100℃高温抗拉强度约80MPa～90MPa，可用于1000℃～1200℃耐热零部件。镍基合金是重要的航空航天高温结构材料，密度为8.0g/cm³～9.2g/cm³，熔点为1300℃～1350℃，工作最高温度小于1200℃。与不锈钢和镍基合金相比，Nb-Ti-Al系合金具有大幅减重效果。

新型Nb-Ti-Al系合金包括Nb-Ti-Al系弹性合金和Nb-Ti-Al-V-Zr系合金，其中Nb-Ti-Al-V-Zr-C合金的密度约5.8g/cm³～6.3g/cm³。该Nb-Ti-Al-V-Zr-C合金的研发开始于20世纪90年代，M.R.Jackson等人对该合金板材的制备方法做了比较详细的研究，成功制备出了较大规格的板材。但是，我国的低密度铌合金还存在化学成分不确定，没有形成商用牌号，低密度铌合金棒材制备工艺不成熟，还处于实验值制备阶段等问题。

通常，铌合金棒材的制备过程为：首先采用电子束熔炼或真空自耗电弧熔炼方法制备铸锭，随后采用热锻造或热挤压加工的方法开坯，提升合金塑性，最后通过锻造方法将坯料制备成所需的棒材。低密度铌合金棒材如果采用上述挤压后再锻造加工的简单方法，所制备的棒材会出现脆性断裂，检测发现没有延伸率的情况，主要原因是Nb-Ti-Al-V-Zr-C合金加入了质量含量0.03～0.08％的C，合金中会形成碳化物强化相如TiC第二相粒子，在挤压和锻造过程中，TiC第二相粒子如果不能得到有效的细化和均匀化，就会严重影响到棒材的断后伸长率。

因此迫切需要研发一种可以有效提升低密度铌合金棒材延性的工业化制备方法。

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，提供一种低密度Nb-Ti-Al-V-Zr-C铌合金棒材的制备方法。本发明采用“两次挤压+淬火+锻造”的工艺制备低密度铌合金棒材，通过在第二次挤压后进行淬火处理，使得碳化物增强相TiC回溶后再次析出并弥散分布，达到有效控制TiC第二相粒子尺寸和分散度的目的，实现了低密度铌合金棒材断后伸长率的提高，解决了低密度铌合金棒材脆断和延伸率不足的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种低密度Nb-Ti-Al-V-Zr-C铌合金棒材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将低密度Nb-Ti-Al-V-Zr-C铌合金铸锭进行一次挤压，得到一次挤压棒；

步骤二、将步骤一中得到的一次挤压棒进行二次挤压，得到二次挤压棒；

步骤三、将步骤二中得到的二次挤压棒进行淬火处理；