一種ZrTiAlV合金板材電場(chǎng)輔助熱處理方法
【專利摘要】一種ZrTiAlV合金板材電場(chǎng)輔助熱處理方法，其主要是：采用真空熱壓工藝在750℃～800℃對(duì)1～2mm厚的47Zr-45Ti-5Al-3V合金板材進(jìn)行真空熱壓變形，變形量為原始板材初始厚度的10～30％；將變形后的板材裝入石墨材質(zhì)制成的模具內(nèi)，放在放電等離子燒結(jié)設(shè)備上，加載5MPa的機(jī)械壓力，利用上下壓頭及通電電極，在＜10-2Pa的真空狀態(tài)下，將脈沖電流加載到47Zr-45Ti-5Al-3V合金板材上，脈沖電流使合金板材放電加熱，使其迅速升溫至600～700℃，保溫20min之后斷電冷卻至20℃。本發(fā)明處理后的47Zr-45Ti-5Al-3V合金具有良好的綜合力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度為1082MPa～1190MP，抗拉強(qiáng)度為1220MPa～1352MPa，斷后延伸率為7.5％～12.7％，可實(shí)現(xiàn)47Zr-45Ti-5Al-3V合金在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。
【專利說明】一種ZrTiAIV合金板材電場(chǎng)輔助熱處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種鋯合金的熱處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鋯及鋯合金由于具有很好的抗輻照性能、中子吸收截面積小、耐腐蝕和抗氧化等優(yōu)異的理化性能，主要應(yīng)用于核工業(yè)以及醋酸工業(yè)中。目前主要的鋯合金有Zr-2、Zr-4、Zr-2.5Nb等。其強(qiáng)度都難以達(dá)到很多領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度要求。ZrTiAlV四元合金是具有較好塑性的合金體系的鋯合金，同時(shí)具有較高的強(qiáng)度，是結(jié)構(gòu)材料材料領(lǐng)域發(fā)展較為迅速的鋯合金品種之一。
[0003]劉日平、梁順興等首先合成了 47Zr-45T1-5Al_3V合金，并對(duì)鍛造態(tài)、退火態(tài)以及固溶處理后的性能進(jìn)行了深入的研究，確定了在各種狀態(tài)下，材料所具備的基本力學(xué)性能和微觀組織。目前47Zr-45T1-5Al-3V合金一般是采用常用的熱處理爐進(jìn)行熱處理，加熱方式為外熱式，因此材料的熱處理時(shí)間很長(zhǎng)，要達(dá)到I小時(shí)以上。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種熱處理時(shí)間短、能夠提高鋯合金綜合力學(xué)性能的47Zr-45T1-5Al-3V合金板材電場(chǎng)輔助熱處理方法。本發(fā)明主要包括真空熱壓變形和電場(chǎng)輔助熱處理。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006](I)采用真空熱壓工藝在750°C?800°C對(duì)I?2_厚的47Zr_45T1-5Al_3V合金板材進(jìn)行真空熱壓變形，變形量為原始板材初始厚度的10?30% ；
[0007](2)將步驟(I)變形后的板材裝入石墨材質(zhì)制成的模具內(nèi)，放在放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering,簡(jiǎn)稱SPS)設(shè)備上,加載5MPa的機(jī)械壓力，利用上下壓頭及通電電極，在<10_2Pa的真空狀態(tài)下，將脈沖電流加載到47Zr-45T1-5Al-3V合金板材上，使其迅速升溫至600?700°C，保溫20min之后斷電冷卻至20°C。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0009]1、采用熱鍛能夠減小合金晶粒尺寸，達(dá)到初步晶粒細(xì)化的效果；
[0010]2、放電等離子燒結(jié)工藝低電壓、高電流的特點(diǎn)能改變47Zr-45T1-5Al-3V合金的組織結(jié)構(gòu)；在脈沖電流作用下，加熱迅速，熱處理時(shí)間短，可明顯抑制晶粒粗化；
[0011]3、在真空環(huán)境中進(jìn)行，可防止47Zr-45T1-5Al-3V合金被氧化；
[0012]4、熱處理前鍛造態(tài)的47Zr-45T1-5Al_3V合金其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及斷后延伸率分別為1289MPa、1348MPa以及5%。處理后的47Zr-45Ti_5Al_3V合金具有良好的綜合力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度在1082MPa?1190MPa之間，而其抗拉強(qiáng)度1220MPa?1352MPa之間，斷后延伸率在7.5%?12.7%之間，可實(shí)現(xiàn)47Zr-45T1-5Al-3V合金在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1:
[0014]首先采用真空熱壓工藝在750°C對(duì)Imm厚的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材進(jìn)行真空熱壓變形，變形量為原始板材初始厚度的10%。然后將47Zr-45T1-5Al-3V片狀合金板材裝入石墨材質(zhì)制成的模具內(nèi)，放在放電等離子燒結(jié)設(shè)備上，加載5MPa的機(jī)械壓力，利用上下壓頭及通電電極，在<l(T2Pa真空狀態(tài)下，將O?3000A之間的脈沖電流加載到47Zr-45T1-5Al-3V合金板材上，脈沖電流使合金板材放電加熱，合金迅速升溫至600°C，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電冷卻至20°C。處理后的ZrTiAlV合金板材厚度為
0.9mm，屈服強(qiáng)度1190MPa、抗拉強(qiáng)度1270MPa，塑性延伸率為7.5%
[0015]實(shí)施例2:
[0016]首先采用真空熱壓工藝在750°C對(duì)Imm厚的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材進(jìn)行真空熱壓變形，變形量為原始板材初始厚度的10%。然后將47Zr-45T1-5Al-3V片狀合金板材裝入石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，放在放電等離子燒結(jié)設(shè)備上，加載5MPa的機(jī)械壓力，利用上下壓頭及通電電極,在<l(T2Pa的真空狀態(tài)下，將O?3000A之間的脈沖電流加載到47Zr-45T1-5Al-3V合金板材上，脈沖電流使合金板材放電加熱，合金迅速升溫至650°C，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電冷卻至20°C。處理后的47Zr-45Ti_5Al_3V合金為0.9mm，屈服強(qiáng)度1150MPa，抗拉強(qiáng)度1352MPa，塑性可達(dá)到10.2%
[0017]實(shí)施例3:
[0018]首先采用真空熱壓工藝在750°C對(duì)2mm厚的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材進(jìn)行真空熱壓變形，變形量為原始板材初始厚度的10%。然后將47Zr-45T1-5Al-3V片狀合金板材裝入石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，放在放電等離子燒結(jié)設(shè)備上，加載5MPa的機(jī)械壓力，利用上下壓頭及通電電極,在<l(T2Pa的真空狀態(tài)下，將O?3000A之間的脈沖電流加載到47Zr-45T1-5Al-3V合金板材上，脈沖電流使合金板材放電加熱，合金迅速升溫至700°C，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電冷卻至20°C。此工藝得到的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材厚度為1.8mm，屈服強(qiáng)度為1116MPa，抗拉強(qiáng)度是1301MPa，延伸率達(dá)到11.5%。
[0019]實(shí)施例4:
[0020]首先采用真空熱壓工藝在800°C對(duì)Imm厚的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材進(jìn)行真空熱壓變形，變形量為原始板材初始厚度的30%。然后將47Zr-45T1-5Al-3V片狀合金板材裝入石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，放在放電等離子燒結(jié)設(shè)備上，加載5MPa的機(jī)械壓力，利用上下壓頭及通電電極,在<l(T2Pa的真空狀態(tài)下，將O?3000A之間的脈沖電流加載到47Zr-45T1-5Al-3V合金板材上，脈沖電流使合金板材放電加熱，合金迅速升溫至600°C，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電冷卻至20°C。處理后的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材厚度為0.7mm，屈服強(qiáng)度為1120MPa，抗拉強(qiáng)度是1240MPa，延伸率達(dá)8.7%。
[0021]實(shí)施例5:
[0022]首先采用真空熱壓工藝在800°C對(duì)2mm厚的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材進(jìn)行真空熱壓變形，變形量為原始板材初始厚度的30%。然后將47Zr-45T1-5Al-3V片狀合金板材裝入石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，放在放電等離子燒結(jié)設(shè)備上，加載5MPa的機(jī)械壓力，利用上下壓頭及通電電極,在<l(T2Pa的真空狀態(tài)下，將O?3000A之間的脈沖電流加載到47Zr-45T1-5Al-3V合金板材上，脈沖電流使合金板材放電加熱，合金迅速升溫至650°C，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電冷卻至20°C。處理后的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材厚度為1.4mm，屈服強(qiáng)度為1105MPa，抗拉強(qiáng)度是1290MPa，延伸率達(dá)10.8%。
[0023]實(shí)施例6:
[0024]首先采用真空熱壓工藝在800°C對(duì)2mm厚的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材進(jìn)行真空熱壓變形，變形量為原始板材初始厚度的30%。然后將47Zr-45T1-5Al-3V片狀合金板材裝入石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，放在放電等離子燒結(jié)設(shè)備上，加載5MPa的機(jī)械壓力，利用上下壓頭及通電電極,在<l(T2Pa的真空狀態(tài)下，將O?3000A之間的脈沖電流加載到47Zr-45T1-5Al-3V合金板材上，脈沖電流使合金板材放電加熱，合金迅速升溫至700°C，之后嚴(yán)格控制溫度并保溫20min，最后斷電冷卻至20°C。處理后的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材厚度為1.4mm，屈服強(qiáng)度為1082MPa，抗拉強(qiáng)度是1220MPa，延伸率達(dá)12.7%。
【權(quán)利要求】
1.一種ZrTiAlV合金板材電場(chǎng)輔助熱處理方法,其特征在于: (1)采用真空熱壓工藝在750°C?800°C對(duì)I?2mm厚的47Zr-45Ti_5Al_3V合金板材進(jìn)行真空熱壓變形，變形量為原始板材初始厚度的10?30% ； (2)將步驟(I)變形后的板材裝入石墨材質(zhì)制成的模具內(nèi)，放在放電等離子燒結(jié)設(shè)備上，加載5MPa的機(jī)械壓力，利用上下壓頭及通電電極，在<10_2Pa的真空狀態(tài)下，將脈沖電流加載到47Zr-45T1-5Al-3V合金板材上，脈沖電流使合金板材放電加熱，使其迅速升溫至600?700°C，保溫20min之后斷電冷卻至20°C。
【文檔編號(hào)】C22F3/00GK104233143SQ201410424020
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】張春祥, 駱俊廷, 劉永康, 劉日平 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)