棒材铌钨合金棒材研究方法和技术路线1.关键技术(1) 固溶强化 固溶强化是铌合金强化的途径之一钨、钼元素熔点高，原子半径与铌相接近形成固溶 体，对提高铌的高温强度和入编性能有利2) 沉淀强化 加入锆等元素在一定温度下析出强化相，起到沉淀强化的作用3) 加工强化 通过反复“”的加工方式增大总加工率已达到细化晶粒的作用，有效地改善了材料的内部 组织，提高了材料的综合性能2.研究内容2.1 铸锭化学成分对力学性能的影响 在铌基中加入少量的钨、钼等元素形成固溶体时对基体有强化作用，固溶强化是强化铌 合金一个重要的手段钨、钼的熔点高，原子半径与铌相接近形成固溶体时，对提高铌的高 温强度和蠕变性能有利Nb-W、Nb-Mo相图和原子半径差对铌强度影响见下图加入Zr、Y等微量元素所组成的化合物取代晶界的脆性相，减少晶界上非金属夹杂及间隙 元素的聚集，改善合金组织，可提高合金的耐热性、塑性，是合金易成型由于新型铌合金 添加多种元素，要求铸锭成分均匀，元素含量控制在要求范围之内(铌钨合金铸锭化学成分 见表 1-2)2.2 工艺对比试验和工艺参数2.2.1 锻造开坯工艺 新型铌钨合金铸锭采用中频机组感应加热，升温速度较快，加热过程中会导致表面与中 心之间形成很大的温度差，造成很大的热应力。
锻造时易产生裂纹，在以后加工中便产生应 力集中，导致裂纹的形成和扩展一般采用分段加热，保温，以免温差过大产生热应力，减 小开裂程度锻造工艺流程及工艺参数见表 2-1序号设备名称工序技术参数190KW 电阻炉加热200C涂防氧化层2200KW 中频电源加热1250C/14 分钟31 吨锻锤镦粗镦粗比 1.4241 吨锻锤拔长锻造比 1.385200KW 中频机组加热1250C/6 分钟61 吨锻锤镦粗镦粗比 1.6371 吨锻锤拔长锻造比 1.2581 吨锻锤拔长锻造比 2.979200KW 真空退火炉消除应力退火960C/60 分、5X10-2Pa1150C/60 分、5X10-2Pa10200KW 真空退火炉再结晶退火1450C/60 分、5X10-2Pa11检测备注对 Nb-W-Mo-Zr-03-04 批次锻造严重开裂进行分析，其铸锭组织是粗大的柱状晶组织，而且 有害杂质聚集在晶界，削弱了晶间强度且在铸造时产生的铸造应力及成分偏析，锻造前没 有很好的热处理，锻造时铌钨合金锭很容易开裂，甚至整个铸锭报废铸锭开裂情况见如下 照片，2-4、2-5.新型铌钨合金棒材锻造加工工艺及工艺参数基本相同，由于样品要求直径较大，但铸锭 较小，固采取镦粗一拔长一镦粗一退火一挤压一锻造等工序，增大加工率，提高力学性能。
当总加工率为 80-98%，方能保证了室温和高温力学性能b、开始时因设备温度限制，无法提高均匀化温度及热处理温度，由于温度过低故组织结晶 效果不太好后来经过试验确定锻造、挤压开坯为1250°C-1400°C加热，保温15-20分钟左 右；最终样品960C-1210C保温1小时消除应力退火，1420C-1550C保温1小时再结晶退 火退火温度不同，0.2随温度的提高而下降，§随退火温度的提高而提高，见如下表 2－2o o O 0D O蜃鬲刍一一逞MIHlstE-表2 — 2新型铌钨合金棒材不同退火温度力学性能比较编号退火温度/Co b / Mpao 02/Mpa8/%硬态531.35480.7516.6960C/1h526.0451.518.21150C/1h488.2385.217.3Nb521-02-121320C/1h442.85339.919.21450C/1h436.0355.919.2图2—5新型铌钨合金棒材不同退火温度与力学性能的关系为了减少锻造开裂程度，Nb521-04-15批次采取了铸锭热处理工序，以达到消除铸造应力和降 低铸锭硬度目的镦粗拔长时发现开裂，立即停止锻造，切除裂纹，增加热处理工序，再进 行镦粗拔长。
经过变形的坯料，粗大的柱状晶得到一定程度的破碎，内部组织得到改善（见 照片9）,强度性能和成品率均得到提高，力学性能对比见表2 — 3对Nb521-04-15批次棒 材心部，中部和边部分别测试力学性能，其结果差别不大（见表2－4）表2-3力学性能对比批号力性状态o / Mpao / Mpa8/%备注02—12c硬态531.35480.7516.6室温04—15593.44392802—12退火态436.0355.919.21450°C/1h 真空04—15482.8352.133.3退火02—12c高温13112529.11600C04 — 1513613127.7表2-4 Nb521-04T5批次心部力学性能测试结果编号取样部位力学性能状态ob / Mpao 02/Mpa8/%1中心硬态602.8467.826.034.52中心硬态594.7463.625.736.93中心硬态592.6463.624.334.14边部硬态615.5487.327.731.42.3.2.2 挤压开坯工艺在三向应力状态下挤压棒材，有利于塑性差的稀有金属变形，经过大变形量变形，使晶粒 充分破碎，改善金属综合性能。
挤压过程中温度变化不大，变形均匀，保证了材料性能的一 致性，且减少了开裂程度，提高了材料的成材率因而从1 6 批次开始挤压开坯工艺研究， 其工艺流程及工艺参数见表2—5表2-4 Nb521-04T6批工艺流程及工艺参数序号设备名称工序技术参数加工尺寸1真空炉热处理1300°CX14分钟保温，真空5X10-2Pa2焊包套焊封360KW 中频炉加热1250CX20 分钟4挤压机挤压3150吨，突破压力240kg/cm2,5酸洗6真空炉热处理1300CX60分钟保温，真空5X10-2Pa7涂层700C涂氧化层8100KW 中频炉加热9锻锤锻造两火锻造10酸洗10-15％HF+30—35％HNO +余水311真空炉热处理1450C — 1600CX60 分钟12检测通过计算挤压力，同时对挤压设备状况、加热温度、降低摩擦力等条件的综合考虑，使4 批次挤压试验很顺利，挤压棒表面较好，无开裂现象，而且挤压开坯棒材的综合力学性能较好，Nb521-04-16挤压态和退火态棒材力学性能见表2 — 6表2 — 6 Nb521-04-16挤压态和退火态棒材力学性能状态取向力性备注o b / Mpao 02/Mpa8/%挤压态纵向565.76455.6536.15平均值横向474.2412.53.35退火态纵向414.7263.1536.5棒材经挤压、热处理、涂层、加热、镦粗、拔长至样品毛坯尺寸，采取不同的热处理温度进 行综合性能数据测试，其力学性能和物理性能均超过技术要求。
由于加工率较大，样品均在定温度热处理后达到完全再结晶（退火组织见图2.6）Nb521-04-16综合性能见表2 — 7表2 — 7Nb521-04-16综合性能状态性能o b / Mpao 02/Mpa8/%E密度硬度硬态628.8526.520.415380044.61731210C退火498.4378.428.817710055.21500C退火331.9212.528.46720044.68.39/cm31351600C高温11811629.88650094.52.3.2.3 变形温度、变形程度、变形速度对新型铌钨合金的影响在铌中添加5%W、2%Mo、1%Zr，起到强化基体的作用，在常温下很难塑性变形，根据 现有设备条件，采取加热锻造和挤压相结合实验在热加工时，一般在结晶点温度以上加工， 在此温度下，材料变形抗力低，可采用大变形量，充分破碎铸造组织，变形量在80％以上， 在规定的变形温度范围内，采用合适的变形程度和变形速度，铸造组织基本破碎，其抗拉强 度有所提高变形速度很快时，不仅变形抗力提高，而且会出现温度的不均匀，从而裂纹产 生或性能恶化在铸造过程中必须控制其锻打的快慢和轻重，一般开始时，轻快打达到一定 变形后方可加重锤击，保证铌合金锻件温度的均匀性和较高的加工塑性。
在试验中由于变 形速度过高，影响加工塑性，为此在加工过程中必须考虑加热温度、变形热效应、变形程度、 变形速度之间的关系这些条件直接影响铌合金的组织与性能2.4棒材综合性能分析与对比2.4.1 力学性能2.4.1.1锻造开坯新型铌钨合金棒材力学性能测试室温和高温力学性能均达到要求的标准，在1600°C时的高温力学性能比较稳定，高温抗 拉强度在120 — 130Mpa之间不同批次铌钨合金棒材不同状态室温和高温力学性能对比见如下表2 — 8、表2 — 9、表2 — 10Nb521-02-12B不同温度弹性模量曲线见图2 — 7.表2 — 8 Nb521-02-12C不同退火温度的室温力学性能编号退火温度/Co b / Mpao 02/Mpa8/%Nb521-02-12硬态531.35480.7516.61320CX1h442.85339.919.21450CX1h436.0355.919.2表2 — 9 Nb521-02T2C不同退火温度的高温力学性能序号状态试验温度/Co 02 / Mpao b / MpaEt/Gpa8 5/%1Nb521-02-12C160012513183.529.12960CX1h170097.910373.831.63180057.460.870.037.61Nb521-02-12C160011711975.528.721450CX1h170084.990.569.732.23180058.362.664.134.4表2 — 10 Nb521-02-12棒材加工态不同试验温度下的拉伸测试结果试验温度/Co 0 2/Mpao b / MpaEt/Gpa85/%100037238612318.3120031030810918.4140019119189.622.41500169172.5。