专利名称：一种掺杂硼元素的tzm合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种TZM合金，具体的说是一种掺杂硼元素的TZM合金及其制备方法。
背景技术：
TZM合金是钥基合金中常用的一种高温合金，具有熔点高、强度大、弹性模量高、线膨胀系数小、导电导热性好、抗蚀性强以及高温力学性能良好等特点，从而在很多领域得到广泛应用。目前的TZM合金在国内没有统一的标准，均参考美国B386-1的标准来生产，生产方法也存在差异，但TZM合金中掺杂的主要元素均为钛元素、锆元素和碳元素，这些元素的加入使得TZM合金具备良好的高温强度和抗蠕变性能，但其热加工性能差，在轧制和锻造过程中极易出现裂纹或龟裂。同时，即使改变上述元素的添加量，最终生产的TZM合金的 性能也只能在一定范围内波动，不能使合金的性能得到很大的提高。
发明内容
为了进一步提高TZM合金的性能、并解决其热加工性能差的问题，本发明提供了一种掺杂硼元素的TZM合金及其制备方法，本发明通过在TZM合金中添加硼元素，使TZM合金的性能和热加工性均得到了很大程度的提高。本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为一种掺杂硼元素的TZM合金，由钥元素、钛元素、锆元素、碳元素和硼元素组成，其中，各组成元素所占合金总重量的百分比分别为钛 0. 4-0. 6%，锆 0. 1-0. 12%，碳 0. 01-0. 04%，硼 0. 02-0. 022%，其余为钥。该掺杂硼元素的TZM合金，其制备方法为，包括以下步骤
1)混合粉料的制备
分别取过筛后的氢化钛粉末、氢化锆粉末、碳粉和硼粉加入到过筛后的钥粉中，得到混合粉料，再将混合粉料送入混粉机中混合20-24小时，混合完毕后取出，封存备用；
其中，钥粉过180目筛，氢化钛和氢化锆要求过200目筛，碳粉过300目筛，硼粉过200目以上的筛；
所述氢化钛粉末的加入量为混合粉料总重量的0. 42-0. 63%，氢化锆粉末的加入量为混合粉料总重量的0. 1-0. 12%，碳粉的加入量为混合粉料总重量的0. 03-0. 06%，硼粉的加入量为混合粉料总重量的0. 02-0. 022%，其余为钥粉；
2)将步骤I)中混合完毕后的混合粉料送入模具中，在180-220MPa的压力下压制成粉坯体，备用；
3)将步骤2)制得的粉坯体送入烧结炉中，在温度为1950-1980°C、氢气保护的条件下烧结8-10小时，然后停止烧结，并在烧结炉中冷却9-11小时后取出，即制得产品；
所述制得的产品中，各组成元素所占合金总重量的百分比需满足钛0. 4-0. 6%，锆0. 1-0. 12%，碳 0. 01-0. 04%，硼 0. 02-0. 022%，其余为钥。本发明的制备步骤中，先根据最终产品内各组分元素的重量比来计算各物料的加入量，由于原料中采用氢化钛和氢化锆，而氢元素的重量很小，经计算后和试验后，按照氢化钛粉末占混合粉料总重量的0. 42-0. 63%、氢化锆粉末占混合粉料总重量的0. 1-0. 12%、碳粉占混合粉料总重量的0. 03-0. 06%、硼粉占混合粉料总重量的0. 02-0. 022%的比例加入钥粉中，最终烧结得到的掺杂硼元素的TZM合金中，各组成元素占合金总重量的百分比满足钛 0. 4-0. 6%、锆 0. 1-0. 12%、碳 0. 01-0. 04%、硼 0. 02-0. 022% 的比例。本发明中所用的原料均要过筛，钥粉过180目筛、氢化钛和氢化锆要求过200目筛、碳粉过300目筛、硼粉过200目以上的筛，经过上述过筛操作后，各不同粒径尺寸的物料在混粉机内形成紧密堆积结构，最大限度的减少了制成粉坯体内的间隙数量，进而减少了烧结后的合金内气孔等缺陷的数量，提升了合金的性能。本发明中，由于钥易氧化，因此在混料结束后、成型之前需要密封，以防止氧化和污染。本发明在烧结时采用氢气气体保护，可以有效防止合金元素的氧化以及碳元素的烧损；烧结完成后在烧结炉内冷却，使得降温冷却过程缓慢均匀的进行，避免了生产的产品 在骤冷时由于应力而出现内部裂纹等缺陷，保证了合金的性能。本发明通过添加硼元素，大大强化了晶界的作用，进一步提高了 TZM合金的高温强度。有益效果本发明通过在TZM合金中掺杂硼元素，使得TZM合金的高温强度得到了很大的提高，如材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弯折次数等均得到了提高。经检测，与常规未掺杂硼元素的TZM合金相比，本发明生产的掺杂硼元素的TZM合金的抗拉强度提高15%以上，其韧性也有所提高，拓展了 TZM合金的用途。
图I为以同样的轧制工艺生产厚度为3mm板材的TZM合金和掺杂硼元素的TZM合金性能对比；
图2为以同样的旋锻工艺生产的直径5mm棒材的TZM合金和加硼元素的TZM合金性能对比；
图3为以同样的轧制工艺生产的厚度为0. 5mm板材的TZM合金和加硼元素的TZM合金弯折次数对比；
图4为本发明制得的产品冷轧制后的金相图谱。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。实施例I
掺杂硼元素的TZM合金，其制备方法为，包括以下步骤
I)混合粉料的制备
分别取过筛后的氢化钛粉末、氢化锆粉末、碳粉和硼粉加入到过筛后的钥粉中，得到混合粉料，再将混合粉料送入混粉机中混合20小时，混合完毕后取出，封存备用；
其中，钥粉过180目筛，氢化钛和氢化锆要求过200目筛，碳粉过300目筛，硼粉过200目以上的筛；
所述氢化钛粉末的加入量为混合粉料总重量的0. 42%，氢化锆粉末的加入量为混合粉料总重量的0. 12%,碳粉的加入量为混合粉料总重量的0. 06%,硼粉的加入量为混合粉料总重量的0. 022%，其余为钥粉；
2)将步骤I)制得的混合完毕后的混合粉料送入模具中，并在200MPa压力下压制成粉坯体，备用；
3)将步骤2)制得的粉坯体送入氢气保护的烧结炉中，在1950-1980°C的温度下烧结8小时，然后停止烧结，并在烧结炉中冷却9小时后取出，即制得产品。实施例2
掺杂硼元素的TZM合金，其制备方法为，包括以下步骤
1)混合粉料的制备
分别取过筛后的氢化钛粉末、氢化锆粉末、碳粉和硼粉加入到过筛后的钥粉中，得到混合粉料，再将混合粉料送入混粉机中混合24小时，混合完毕后取出，封存备用；
其中，钥粉过180目筛，氢化钛和氢化锆要求过200目筛，碳粉过300目筛，硼粉过200目以上的筛；
所述氢化钛粉末的加入量为混合粉料总重量的0. 63%，氢化锆粉末的加入量为混合粉料总重量的0. 1%，碳粉的加入量为混合粉料总重量的0. 03%，硼粉的加入量为混合粉料总重量的0. 02%，其余为钥粉；
2)将步骤I)制得的混合完毕后的混合粉料送入模具中，并在200MPa压力下压制成粉坯体，备用；
3)将步骤2)制得的粉坯体送入氢气保护的烧结炉中，在1950-1980°C的温度下烧结9小时，然后停止烧结，并在烧结炉中冷却9. 5小时后取出，即制得产品。实施例3
掺杂硼元素的TZM合金，其制备方法为，包括以下步骤
1)混合粉料的制备
分别取过筛后的氢化钛粉末、氢化锆粉末、碳粉和硼粉加入到过筛后的钥粉中，得到混合粉料，再将混合粉料送入混粉机中混合22小时，混合完毕后取出，封存备用；
其中，钥粉过180目筛，氢化钛和氢化锆要求过200目筛，碳粉过300目筛，硼粉过200目以上的筛；
所述氢化钛粉末的加入量为混合粉料总重量的0. 52%，氢化锆粉末的加入量为混合粉料总重量的0. 11%,碳粉的加入量为混合粉料总重量的0. 05%,硼粉的加入量为混合粉料总 重量的0. 021%，其余为钥粉；
2)将步骤I)制得的混合完毕后的混合粉料送入模具中，并在200MPa压力下压制成粉坯体，备用；
3)将步骤2)制得的粉坯体送入氢气保护的烧结炉中，在1950-1980°C的温度下烧结10小时，然后停止烧结，并在烧结炉中冷却10小时后取出，即制得产品。取上述实施例3)制备的产品，测定其性能指标，并与现有技术未掺杂硼元素的TZM合金相比较，结果如附图所示。
权利要求
1.一种掺杂硼元素的TZM合金，其特征在于由钥元素、钛元素、锆元素、碳元素和硼元素组成，其中，各组成元素所占合金总重量的百分比分别为钛0. 4-0. 6%，锆0. 1-0. 12%，碳0. 01-0. 04%，硼 0. 02-0. 022%，其余为钥。
2.如权利要求I所述的一种掺杂硼元素的TZM合金，其制备方法为，包括以下步骤 1)混合粉料的制备 分别取过筛后的氢化钛粉末、氢化锆粉末、碳粉和硼粉加入到过筛后的钥粉中，得到混合粉料，再将混合粉料送入混粉机中混合20-24小时，混合完毕后取出，封存备用； 其中，钥粉过180目筛，氢化钛和氢化锆要求过200目筛，碳粉过300目筛，硼粉过200目以上的筛； 所述氢化钛粉末的加入量为混合粉料总重量的0. 42-0. 63%，氢化锆粉末的加入量为混合粉料总重量的0. 1-0. 12%，碳粉的加入量为混合粉料总重量的0. 03-0. 06%，硼粉的加入量为混合粉料总重量的0. 02-0. 022%，其余为钥粉； 2)将步骤I)中混合完毕后的混合粉料送入成型机中，在180-220MPa的压力下压制成粉坯体，备用； 3)将步骤2)制得的粉坯体送入烧结炉中，在温度为1950-1980°C、氢气保护的条件下烧结8-10小时，然后停止烧结，并在烧结炉中冷却9-11小时后取出，即制得产品； 所述制得的产品中，各组成元素所占合金总重量的百分比需满足钛0. 4-0. 6%，锆.0. 1-0. 12%，碳 0. 01-0. 04%，硼 0. 02-0. 022%，其余为钥。
全文摘要
一种掺杂硼元素的TZM合金及其制备方法，由过筛后的氢化钛粉末、氢化锆粉末、碳粉和硼粉加入到过筛后的钼粉中，再经过混粉、成型、烧结制成，各组成元素所占合金总重量的百分比分别为钛0.4-0.6%，锆0.1-0.12%，碳0.01-0.04%，硼0.02-0.022%，其余为钼。本发明通过在TZM合金中掺杂硼元素，使得TZM合金的高温强度得到了很大的提高。经检测，与常规未掺杂硼元素的TZM合金相比，本发明生产的掺杂硼元素的TZM合金的抗拉强度提高15%以上，其韧性也有所提高，拓展了TZM合金的用途。
文档编号C22C27/04GK102703788SQ201210212058
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者何鸿宇, 王小淼, 耿宏安 申请人:洛阳爱科麦钨钼制品有限公司