一种铌铪钛锆钽钨合金及其制备工艺的制作方法

本技术涉及铌铪钛锆钽钨合金，特别是涉及一种铌铪钛锆钽钨合金及其制备工艺。

背景技术：

1、铌铪钛锆钽钨合金(又称c-103铌合金)是一种低强度高塑性铌合金材料，该合金材料具有优良的热挤压、热锻造性能、轧制性能和焊接性能，可用于生产加工棒、管和板带材，通常用于航天器、运载火箭、喷气推进和发动机的部件中。并且该合金具有出色的抗高频振动和低温温度的能力，适于制造液体火箭发动机喷管延伸段、轨道机动发动机、高塑性姿态控制发动机、辐射冷却推力室等高温部件。

2、c-103铌合金的制备一般采用真空自耗重熔的方法，需要压制自耗电极。c-103铌合金制备的难点在于，金属钨(w)、钽(ta)、铌(nb)属于难熔金属，熔点较高，高出钛(ti)、锆(zr)的熔点800℃以上。c-103铌合金中，nb作为主要元素，含量较高，因此，含量较高的高熔点、高密度金属元素的添加，不可能直接与铪(hf)、ti、zr一起压制成自耗电极。因此，w、ta、nb元素的添加方法成为c-103铌合金制备的关键技术。其中钨熔点3410±20℃、钽的熔点2995℃、铌的熔点2468℃、铪的熔点2227℃、锆的熔点1852℃和钛的熔点1668℃。

3、由于nb-ta中间合金相对于纯金属nb、ta具有较低的熔点与密度，其中熔点大小关系如下：nb、ta、w>nb-ta中间>ti、zr、hf，有利于自耗熔炼中与周围物料相对稳定地进行熔化，所以，现有技术中一般采用nb-ta中间合金的方法来添加ta、nb元素。但冶金法制备nb-ta中间合金，nb-ta中间合金相对于ti、zr仍具有较高的熔点与密度，会出现nb、ta的不熔块，容易引起合金产品中组织偏析，导致合金产品材质不均匀，即使以合金屑料的形式加入，反而存在增氧的问题，导致合金产品中低氧的控制能力差。

4、专利号为cn201910900330.9的中国发明专利公开的钛铌钽锆合金的制备方法中，通过粉末冶金法预先制备ti-nb-ta中间合金，再将ti-nb-ta中间合金和其他原料通过冶金冶炼法熔炼出成分均匀的钛铌钽锆合金铸锭，在制备ti-nb-ta中间合金的过程中需要真空烧结，烧结时ti因熔点低而极易挥发，不能精准控制ti-nb-ta中间合金的成分，导致合金产品的成分改变，影响合金产品的性质。

5、可见，目前制备铌基合金存在合金组织偏析、材质不均匀、合金中低氧的控制能力差以及不能精准控制合金产品成分而影响合金产品性质的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术中，制备铌基合金存在合金组织偏析、材质不均匀、合金中低氧的控制能力差以及不能精准控制合金产品成分而影响合金产品性质的问题。提供一种铌铪钛锆钽钨合金及其制备工艺，在保证铌铪钛锆钽钨合金化学成分均匀的同时，简化了制备工艺流程，提高了铌铪钛锆钽钨合金中低氧的控制能力以及能够精准控制铌铪钛锆钽钨合金中的成分，避免影响铌铪钛锆钽钨合金性质。

2、一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺，包括以下步骤：

3、s10.按照质量配比取w粉、ta粉和nb粉，采用粉末冶金方法依次进行混粉、压制和真空烧结，烧结温度为1700℃至1900℃、保温10h至15h，再经过电子束炉至少两次熔炼制备得到nb-ta-w中间合金；

4、s20.在对所述nb-ta-w中间合金表面防氧化涂层处理，再对所述nb-ta-w中间合金热锻造，得到nb-ta-w中间合金方坯；

5、s30.采用钨极氩弧焊在所述nb-ta-w中间合金方坯的外侧面焊接hf板、ti板和zr板，并将辅助电极焊接在所述nb-ta-w中间合金方坯的一端，得到自耗电极；

6、s40.采用真空自耗熔炼法熔炼所述自耗电极至少三次，熔炼前炉体真空度≤0.7pa至0.6pa，漏率≤0.25pa/min，得到铌铪钛锆钽钨合金。

7、优选地，上述一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺中，在所述s20步骤中，在所述nb-ta-w中间合金表面涂设玻璃粉。

8、优选地，上述一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺中，在所述s20步骤中，箱式电阻炉加热1100℃至1150℃，对所述nb-ta-w中间合金保温90min至120min，采用1600mn快锻机锻造，再采用刨床去除表面氧化皮，得到所述nb-ta-w中间合金方坯。

9、优选地，上述一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺中，在所述s30步骤中，所述nb-ta-w中间合金方坯具有四个侧面，在每一个侧面上，均平行焊接有所述hf板、所述ti板和所述zr板，且所述hf板、所述ti板和所述zr板的延伸方向与所述nb-ta-w中间合金方坯的长度方向相同。

10、优选地，上述一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺中，在所述s40步骤中，采用真空自耗熔炼法熔炼所述自耗电极三次，分别为一次真空熔炼、二次真空熔炼和三次真空熔炼，每次真空熔炼后，采用铸锭清洗机处理熔炼后得到的铸锭表面异物，并烘干，且在所述一次真空熔炼和所述二次真空熔炼后，在熔炼后得到的铸锭上采用炉内重新焊接辅助电极。

11、优选地，上述一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺中，所述一次真空熔炼包括：

12、对水冷铜坩埚的内壁清理，将高熔点材质地垫放在坩埚内，熔炼前炉体真空度≤0.7pa，漏率≤0.25pa/min；

13、将所述自耗电极装入炉内进行自耗熔炼，稳定熔炼阶段中熔炼电流2.7ka至2.9ka、电压31v至34v、搅拌电流dc4a至4.5a，得到一次铸锭。

14、优选地，上述一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺中，所述二次真空熔炼包括：

15、采用卧式锯床将所述一次铸锭上的所述高熔点材质地垫锯切去除，采用车床对所述一次铸锭的锭冠机加车平，采用铸锭清洗机处理所述一次铸锭表面异物，并烘干；

16、对水冷铜坩埚的内壁重新清理，在坩埚内重新放置高熔点材质地垫，熔炼前炉体真空度≤0.6pa，漏率≤0.25pa/min；

17、将所述一次铸锭倒置装入炉内，在所述一次铸锭上采用炉内重新焊接辅助电极，进行自耗熔炼，稳定熔炼阶段中熔炼电流5ka至5.3ka、电压32v、搅拌电流ac30s4.5a至5a，得到二次铸锭。

18、优选地，上述一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺中，所述三次真空熔炼包括：

19、采用卧式锯床将所述二次铸锭上的所述高熔点材质地垫锯切去除，采用车床对所述二次铸锭的锭冠机加车平，采用铸锭清洗机处理所述二次铸锭表面异物，并烘干；

20、对水冷铜坩埚的内壁重新清理，在坩埚内重新放置高熔点材质地垫，熔炼前炉体真空度≤0.6pa，漏率≤0.25pa/min；

21、将所述二次铸锭倒置装入炉内，在所述二次铸锭上采用炉内重新焊接辅助电极，进行自耗熔炼，稳定熔炼阶段中熔炼电流6.2ka至6.5ka、电压32v至34v、搅拌电流ac30s5.5a至6a，得到三次铸锭；

22、采用卧式锯床将所述三次铸锭上的所述高熔点材质地垫锯切去除，采用车床对所述三次铸锭扒皮，得到所述铌铪钛锆钽钨合金。

23、优选地，上述一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺中，所述高熔点材质地垫为铌质地垫。

24、一种铌铪钛锆钽钨合金，采用如上所述的一种铌铪钛锆钽钨合金制备工艺所制备的铌铪钛锆钽钨合金。

25、本技术采用的技术方案能够达到以下有益效果：

26、本技术实施例公开的一种铌铪钛锆钽钨合金及其制备工艺中，将钨、钽、铌三种高熔点的元素以w粉、ta粉和nb粉为原料，采用粉末冶金方法依次进行混粉、电极压制和真空烧结，经过电子束炉两次熔炼制备得到nb-ta-w合金铸锭，通过锻造制备合金方棒，再采用炉外钨极氩弧焊接hf板、ti板和zr板制备自耗电极，经过真空自耗三次熔炼，得到均质铌铪钛锆钽钨。其中，通过在nb-ta-w中间合金表面防氧化涂层处理，且在热锻造后，采用刨床去除nb-ta-w中间合金方坯表面的氧化皮，以减少在对nb-ta-w中间合金热锻造过程中氧含量的引入，有助于提高铌铪钛锆钽钨合金中低氧的控制能力。且通过制备nb-ta-w中间合金代替ti-nb-ta中间合金，因此不存在因烧结时ti极易挥发而导致合金产品的成分改变、影响合金产品的性质的问题。同时，将铌铪钛锆钽钨合金中w和ta高熔点金属通过电子束熔炼与基体nb形成合金，间接降低其熔点，再与低熔点hf、ti和zr以真空自耗熔炼技术得到铌铪钛锆钽钨合金，自耗熔炼过程中将金属nb、ta转变为多孔结构的nb-ta支架。促进了nb、ta的快速均匀熔化，提高了铌铪钛锆钽钨合金的均匀性，得到成分均匀的铌铪钛锆钽钨合金，消除了产生高熔点nb、ta、w成分偏析的隐患，从而提高了铌铪钛锆钽钨合金的均匀性，得到成分均匀的铌铪钛锆钽钨合金，解决铌铪钛锆钽钨合金组织易偏析和材质不均匀的技术问题。

27、附图说明

28、图1为本技术实施例中公开的自耗电极熔炼时与铜坩埚的示意图；

29、图2为本技术实施例中公开的自耗电极的截面示意图；

30、图3为本技术实施例中公开的另一自耗电极的截面示意图。