一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及特種金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法，其步驟為：(1)將Cu-Zr合金和單質(zhì)Ag分別放于感應(yīng)真空爐內(nèi)，抽真空加熱，待合金完全熔化后，對(duì)熔體進(jìn)行過(guò)濾澆注；(2)將鑄錠放入加熱爐中進(jìn)行均勻化熱處理，熱處理采用雙級(jí)均勻化制度；(3)反復(fù)進(jìn)行鐓粗和拔長(zhǎng)變形，共四鐓四拔；(4)淬火、時(shí)效處理。本發(fā)明所述的銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法可應(yīng)用于重型運(yùn)載、可重復(fù)使用飛行器等構(gòu)件制造，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)推力室使用壽命及發(fā)動(dòng)機(jī)推力的提升起到了至關(guān)重要的技術(shù)支撐作用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于特種金屬材料及工藝領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)銅銀鋯合金鍛造餅坯的 制備方法，其用于制備大型運(yùn)載發(fā)動(dòng)機(jī)用結(jié)構(gòu)部件。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著重型運(yùn)載對(duì)液體發(fā)動(dòng)機(jī)的推力需求越來(lái)越大，而大推力比的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料提 出了更高的要求。選用高強(qiáng)度、高耐熱和高疲勞壽命的銅銀鋯合金替代銅鋯合金作為發(fā)動(dòng) 機(jī)推力室的內(nèi)壁材料是目前主要的發(fā)展趨勢(shì)之一。另外，由于發(fā)射和材料制備成本的增加， 具有較高疲勞壽命的銅銀鋯合金在可重復(fù)使用飛行器領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，銅合金在經(jīng)歷低溫一高溫的熱交變循環(huán)過(guò)程，易因低周疲勞而破 壞。我國(guó)目前在役的運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)壁材料為銅鋯合金，在長(zhǎng)程試車(chē)時(shí)均不同程度出 現(xiàn)內(nèi)壁產(chǎn)生裂紋問(wèn)題，因此，擬采用具有較高強(qiáng)度、耐熱性和坯料壽命的銅銀鋯合金作內(nèi)壁 材料，代替目前存在諸多問(wèn)題的銅鋯合金。但是，由于銀不易與其他金屬結(jié)合形成化合物固 溶于基體中，因此銅銀鋯合金在熔煉過(guò)程中容易形成大量的氣孔、夾雜、偏析等缺陷。這些 缺陷不會(huì)在后續(xù)的鍛造變形過(guò)程中消除，造成銅銀鋯合金批次報(bào)廢或不滿足指標(biāo)要求。目 前，國(guó)內(nèi)尚不具備銅銀鋯合金餅坯的制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)目前國(guó)內(nèi)不具備生產(chǎn)大型高強(qiáng)銅銀鋯合金錠坯的技術(shù)工藝方法，提出 一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法，突破了重型運(yùn)載發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和使用壽命在 材料方面的技術(shù)瓶頸。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案；一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法，所 述的銅銀鋯合金的成分為，Ag的質(zhì)量百分比為2. 8?3. 2%，Zr的質(zhì)量百分比為0. 4? 0. 5%，其余為Cu ;其按照如下步驟進(jìn)行：
[0006] (1)鑄錠熔煉
[0007] 將按照比例配好的Cu-Zr合金和單質(zhì)Ag分別放于感應(yīng)真空爐內(nèi)，抽真空，待真空 度低于10 5時(shí)，開(kāi)始加熱，溫度升至1240?1300°(：;待合金完全熔化后，每20?401^11攪 拌一次，共攬拌3?5次后，靜置約25?3 5min ;靜置完成后，對(duì)溶體進(jìn)行過(guò)濾燒注，隨后冷 卻至室溫；
[0008] (2)均勻化熱處理
[0009] 將步驟（1)所得鑄錠放入加熱爐中進(jìn)行均勻化熱處理，熱處理采用雙級(jí)均勻化制 度，具體為先在930?950°C保溫11?13小時(shí)，然后出爐進(jìn)行空冷，隨后將鑄錠放在815? 855?保溫11?13小時(shí)后出爐鍛造；
[0010] (3)鐓粗、拔長(zhǎng)、整形
[0011] 鍛造過(guò)程中上下墊板的加熱溫度為680?720? ;反復(fù)進(jìn)行鐓粗和拔長(zhǎng)變形，共四 鐓四拔；
[0012] 首先將鑄錠沿著徑向進(jìn)行第一次鐓粗變形，變形量控制在50?60%，隨后進(jìn)行拔 長(zhǎng)，第一次拔長(zhǎng)次數(shù)7?13次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在15?25% ;
[0013] 翻轉(zhuǎn)錠坯進(jìn)行第二次鐓粗變形，變形量控制在40?50%，接著繼續(xù)拔長(zhǎng)，第二次 拔長(zhǎng)次數(shù)7?13次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在15?25% ;
[0014] 翻轉(zhuǎn)錠坯進(jìn)行第三次鐓粗變形，變形量控制在25?45%，接著繼續(xù)拔長(zhǎng)，第三次 拔長(zhǎng)次數(shù)10?16次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在5?25% ;
[0015] 翻轉(zhuǎn)錠坯進(jìn)行第四次鐓粗變形，變形量控制在10?40%，接著繼續(xù)拔長(zhǎng)，第四次 拔長(zhǎng)次數(shù)12?18次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在5?25% ;
[0016] 第四道次鐓粗和拔長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)限位塊控制壓下量以保證比最終板材的厚度高 40mm ;拔長(zhǎng)完成后進(jìn)行整形校平，壓下量控制在5mm ;
[0017] (4)淬火、時(shí)效處理；
[0018] 整形完成以后，將餅坯投入溫度為20-30°C的水中進(jìn)行淬火處理；淬火的時(shí)間控 制在10?30分鐘；隨后，將淬火的板材撈出晾干后放入溫度為460?490°C熱處理爐中進(jìn) 行時(shí)效處理，時(shí)效處理的時(shí)間為9?11小時(shí)，時(shí)效完成后出爐空冷；最終得到的鍛件經(jīng)機(jī) 械加工處理得到得到符合尺寸要求的板材。
[0019] 如上所述的一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法，其所述的大尺寸鍛造餅 還的直徑在450mm以上、厚度在30mm以上。
[0020] 如上所述的一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法，其所述的銅銀鋯合金的 成分為，Ag的質(zhì)量百分比為3%，Zr的質(zhì)量百分比為0. 5%,其余為Cu。
[0021] 本發(fā)明的效果在于：針對(duì)目前國(guó)內(nèi)尚不具備生產(chǎn)高強(qiáng)銅銀鋯合金大型錠坯的技術(shù) 方法的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法，并將其應(yīng)用于重型 運(yùn)載、可重復(fù)使用飛行器等構(gòu)件制造，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)推力室使用壽命及發(fā)動(dòng)機(jī)推力的提升起 到了至關(guān)重要的技術(shù)支撐作用。鑄錠熔煉采用規(guī)律性攪拌和靜置，減少熔煉過(guò)程中氣孔、夾 雜、偏析和鋯元素?zé)龘p；鑄錠出爐進(jìn)行雙級(jí)均勻化處理，消除鑄造過(guò)程中形成的缺陷；均勻 化處理后，對(duì)鑄錠進(jìn)行四鐓四拔的多向鍛造變形，單道次大變形量且逐級(jí)遞減的方式控制 錠坯的各項(xiàng)異性，獲得弱各向異性的髙強(qiáng)銅銀鋯合金錠坯；將鍛造后的錠坯進(jìn)行整形，變形 量控制在一定的范圍之內(nèi)；隨后，對(duì)錠坯進(jìn)行優(yōu)化后的時(shí)效處理，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度； 時(shí)效完成后出爐空冷，機(jī)加掉表層氧化皮和邊角毛刺。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方 法作進(jìn)一步描述。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 本發(fā)明所述的銅銀鋯合金的成分為Cu-3Ag-0. 5Zr，即Ag的質(zhì)量百分比為3%，Zr 的質(zhì)量百分比為0. 5%，其余為Cu。
[0025]以Φ 540 X 38mm的銅銀鋯合金錠坯為例，其制備步驟為：
[0026] (1)鑄錠熔煉
[0027] 將按照比例配好的Cu-Zr合金和單質(zhì)Ag分別放于感應(yīng)真空爐內(nèi)，抽真空，待真空 度低于1(Γ5時(shí)，開(kāi)始加熱，溫度升至127(TC;待合金完全熔化后，每30min攪拌一次，共攪拌 4次后，靜置約30min ;靜置完成后，對(duì)熔體進(jìn)行過(guò)濾澆注，隨后冷卻至室溫；
[0028] (2)均勻化熱處理
[0029] 將步驟（1)所得鑄錠放入加熱爐中進(jìn)行均勻化熱處理，熱處理采用雙級(jí)均勻化制 度，具體為先在940?保溫12小時(shí)，然后出爐進(jìn)行空冷，隨后將鑄錠放在835?保溫12小時(shí) 后出爐鍛造；
[0030] ⑶鐓粗、拔長(zhǎng)、整形
[0031] 鍛造過(guò)程中上下墊板的加熱溫度為700°C ;反復(fù)進(jìn)行鐓粗和拔長(zhǎng)變形，共四鐓四 拔；
[0032] 首先將鑄錠沿著徑向進(jìn)行第一次鐓粗變形，變形量控制在55%，隨后進(jìn)行拔長(zhǎng)，第 一次拔長(zhǎng)次數(shù)10次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在20% ;
[0033] 翻轉(zhuǎn)錠坯進(jìn)行第二次鐓粗變形，變形量控制在45%，接著繼續(xù)拔長(zhǎng)，第二次拔長(zhǎng)次 數(shù)10次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在20% ;
[0034] 翻轉(zhuǎn)錠坯進(jìn)行第三次鐓粗變形，變形量控制在35%，接著繼續(xù)拔長(zhǎng)，第三次拔長(zhǎng)次 數(shù)13次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在15% ;
[0035] 翻轉(zhuǎn)錠坯進(jìn)行第四次鐓粗變形，變形量控制在20%，接著繼續(xù)拔長(zhǎng)，第四次拔長(zhǎng)次 數(shù)15次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在10% ;
[0036] 第四道次鐓粗和拔長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)限位塊控制壓下量以保證比最終板材的厚度高 40mm ;拔長(zhǎng)完成后進(jìn)行整形校平,壓下量控制在5mm ;
[0037] (4)淬火、時(shí)效處理；
[0038] 整形完成以后，將餅坯投入溫度為25°C的水中進(jìn)行淬火處理；淬火的時(shí)間控制在 20分鐘；隨后，將淬火的板材撈出晾干后放入溫度為475°C熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效 處理的時(shí)間為10小時(shí)，時(shí)效完成后出爐空冷；最終得到的鍛件經(jīng)機(jī)械加工處理得到合于尺 寸要求的標(biāo)準(zhǔn)板材（ φ 540 X 38mm)。
[0039] 本發(fā)明通過(guò)嚴(yán)格控制真空度，降低鋯元素的損失。規(guī)律性的攪拌促使合金元素不 易產(chǎn)生偏析且氣孔上浮，避免鑄錠中雜質(zhì)或偏析的出現(xiàn)。均勻化處理的手段使得基體上的 大部分第二項(xiàng)固溶入基體中，大幅度提高了合金的塑性變形能力，并提高了合金的微觀組 織和力學(xué)性能的均勻性，降低了銀元素的偏析。采用多次鐓粗和拔長(zhǎng)交替進(jìn)行的鍛造工藝， 目的主要在于降低單道次的變形量和改善變形組織的均勻性，避免材料在長(zhǎng)期的鐓拔過(guò)程 中由于變形過(guò)大而開(kāi)裂。校平工序減小了最終餅坯的外形尺寸誤差。淬火處理及隨后的時(shí) 效處理，通過(guò)過(guò)飽和固溶體的等溫析出進(jìn)一步提高了材料的室溫及高溫力學(xué)性能。所有技 術(shù)手段的綜合運(yùn)用最終得到了尺寸規(guī)格合于要求、表面及內(nèi)部無(wú)裂紋、組織均勻、力學(xué)性能 優(yōu)良的高強(qiáng)銅銀鋯鍛造餅坯。依據(jù)GB/T2 28_2〇〇2測(cè)量的鍛件的力學(xué)性能如表1所示。
[0040] 表1高強(qiáng)銅銀鋯合金鍛造餅坯的力學(xué)性能
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法，所述的銅銀鋯合金的成分為，Ag的質(zhì) 量百分比為2. 8?3. 2%，Zr的質(zhì)量百分比為0. 4?0. 5%，其余為Cu ;其特征在于：該方 法按照如下步驟進(jìn)行： (1) 鑄錠熔煉 將按照比例配好的Cu-Zr合金和單質(zhì)Ag分別放于感應(yīng)真空爐內(nèi)，抽真空，待真空度低 于10_5時(shí)，開(kāi)始加熱，溫度升至1240?1300°C ;待合金完全熔化后，每20?40min攪拌一 次，共攪拌3?5次后，靜置約25?35min ;靜置完成后，對(duì)熔體進(jìn)行過(guò)濾澆注，隨后冷卻至 室溫； (2) 均勻化熱處理 將步驟（1)所得鑄錠放入加熱爐中進(jìn)行均勻化熱處理，熱處理采用雙級(jí)均勻化制度， 具體為先在930?950°C保溫11?13小時(shí)，然后出爐進(jìn)行空冷，隨后將鑄錠放在815? 855 °C保溫11?13小時(shí)后出爐鍛造； (3) 鐓粗、拔長(zhǎng)、整形 鍛造過(guò)程中上下墊板的加熱溫度為680?720°C ;反復(fù)進(jìn)行鐓粗和拔長(zhǎng)變形，共四鐓四 拔； 首先將鑄錠沿著徑向進(jìn)行第一次鐓粗變形，變形量控制在50?60%，隨后進(jìn)行拔長(zhǎng)， 第一次拔長(zhǎng)次數(shù)7?13次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在15?25% ; 翻轉(zhuǎn)錠坯進(jìn)行第二次鐓粗變形，變形量控制在40?50 %，接著繼續(xù)拔長(zhǎng)，第二次拔長(zhǎng) 次數(shù)7?13次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在15?25% ; 翻轉(zhuǎn)錠坯進(jìn)行第三次鐓粗變形，變形量控制在25?45%，接著繼續(xù)拔長(zhǎng)，第三次拔長(zhǎng) 次數(shù)10?16次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在5?25% ; 翻轉(zhuǎn)錠坯進(jìn)行第四次鐓粗變形，變形量控制在10?40%，接著繼續(xù)拔長(zhǎng)，第四次拔長(zhǎng) 次數(shù)12?18次，拔長(zhǎng)過(guò)程中的壓下量控制在5?25% ; 第四道次鐓粗和拔長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)限位塊控制壓下量以保證比最終板材的厚度高40mm ; 拔長(zhǎng)完成后進(jìn)行整形校平，壓下量控制在5mm ; (4) 淬火、時(shí)效處理； 整形完成以后，將餅坯投入溫度為20-30°C的水中進(jìn)行淬火處理；淬火的時(shí)間控制在 10?30分鐘；隨后，將淬火的板材撈出晾干后放入溫度為460?490°C熱處理爐中進(jìn)行時(shí) 效處理，時(shí)效處理的時(shí)間為9?11小時(shí)，時(shí)效完成后出爐空冷；最終得到的鍛件經(jīng)機(jī)械加工 處理得到符合尺寸要求的板材。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法，其特征在于： 所述的大尺寸鍛造餅坯的直徑在450mm以上、厚度在30mm以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銀鋯合金大尺寸鍛造餅坯的制備方法，其特征在于： 所述的銅銀鋯合金的成分為，Ag的質(zhì)量百分比為3%，Zr的質(zhì)量百分比為0.5%，其余為Cu。
【文檔編號(hào)】C22F1/08GK104232978SQ201410441568
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】韓修柱, 張緒虎, 陰中煒, 何仕桓, 任秀峰 申請(qǐng)人:航天材料及工藝研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院