本發(fā)明涉及合金技術(shù)，尤其涉及一種ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金、及其制備方法與用途。

背景技術(shù)：

1、隨著航空、航天技術(shù)的快速發(fā)展，航空飛機和航天器需要適應(yīng)更加嚴苛的外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境，同時對輕量化提出了更高的要求。這要求合金材料同時具有兩大性能優(yōu)勢：(1)寬溫域力學性能，在低溫(液氮溫度，77k)和高溫(1073k及以上)都有良好的力學性能，能避免低溫脆性問題和高溫劇烈軟化問題；(2)輕質(zhì)高強，密度較低(低于7.2g/cm3)。然而，很少有合金材料能同時兼具這兩大性能優(yōu)勢。傳統(tǒng)的bcc結(jié)構(gòu)難熔合金(例如鈮基、鉬基和鎢基合金)雖然高溫力學性能優(yōu)秀，但是由于傳統(tǒng)難熔合金普遍存在的低溫韌-脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，導致明顯的低溫脆性問題，且密度較高(大于8.3g/cm3)。鈦合金雖然輕質(zhì)高強，低溫和室溫的力學性能良好，但是鈦合金在高溫劇烈軟化，強度急劇降低，所以很難在873k以上應(yīng)用。鎳基多晶高溫合金則存在密度較高的問題，大多數(shù)的鎳基多晶高溫合金密度普遍高于8.0g/cm3，而且初始熔化溫度一般較低(一般小于1673k)，使用溫度已接近物理極性，很難滿足上述性能要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對傳統(tǒng)bcc結(jié)構(gòu)難熔合金普遍存在的低溫脆性和高密度(高于7.8g/cm3)問題，提出一種ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金，該合金兼具良好的低溫(77k)、室溫和高溫(1050k～1200k)力學性能，其密度(低于7.2g/cm3)還明顯低于傳統(tǒng)難熔合金和鎳基、鈷基高溫合金，輕量化優(yōu)勢明顯。

2、需要注意的是，在本發(fā)明中，除非另有規(guī)定，涉及組成限定和描述的“包括”的具體含義，既包含了開放式的“包括”、“包含”等及其類似含義，也包含了封閉式的“由…組成”、“由…構(gòu)成”等及其類似含義。

3、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金，其通式為ati-bv-cnb-dmo，其中a、b、c、d分別表示對應(yīng)元素的原子百分比，29％≤a≤37％，20％≤b≤30％，34％≤c≤44％，2％≤d≤6％，且a+b+c+d＝100％。

4、進一步地，所述通式ati-bv-cnb-dmo中，優(yōu)選的，30％≤a≤36％，20％≤b≤29％，35％≤nb≤42％，2％≤mo≤5％。

5、進一步地，所述ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金的主要晶體結(jié)構(gòu)為bcc結(jié)構(gòu)，在合金的某些區(qū)域也可存在部分ω相。

6、進一步地，所述ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金密度低于7.2g/cm3。優(yōu)選的，所述ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金密度為6.5～7.0g/cm3。

7、進一步地，所述ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金在液氮溫度(77k)具有良好的拉伸力學性能，在液氮溫度77k下ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金斷后伸長率大于12％，抗拉強度大于1280mpa。優(yōu)選的，在液氮溫度77k下ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金斷后伸長率為15～25％，抗拉強度為1360～1500mpa。

8、進一步地，所述ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金在室溫(293～303k)具有良好的拉伸力學性能，在室溫293～303k下ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金斷后伸長率大于14％。優(yōu)選的，在室溫293～303k下ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金斷后伸長率為16～24％。

9、進一步地，所述ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金在高溫1050k～1200k具有良好的拉伸力學性能：在1073k的抗拉強度大于400mpa，在1173k的抗拉強度大于310mpa。優(yōu)選的，在高溫1073k～的抗拉強度為440～500mpa，在1173k的抗拉強度為350～400mpa。

10、本發(fā)明的另一個目的還公開了一種所述ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金的制備方法，包括以下步驟：

11、s1、按照通式稱取ti、v、nb、mo原料；

12、s2、將原材料放入電弧熔煉爐的坩堝內(nèi)，將其中的mo原料放置在原料的最上方，關(guān)閉爐門；本發(fā)明將其中熔點最高的mo元素放置在原料的最上方以便于熔化，

13、s3、將電弧爐抽至真空狀態(tài)，向爐膛通入高純氬氣以防止合金在熔煉時被氧化，然后對原材料進行多次電弧熔煉，每次熔煉完成后將合金進行翻轉(zhuǎn)；

14、s4、熔煉完成后，從電弧熔煉爐中取出合金樣品，將合金樣品放入可通氬氣的管式熱處理爐中，使用機械泵對管式爐的爐膛內(nèi)部抽真空，通入高純氬氣防止樣品被氧化，對樣品進行高溫均勻化退火；

15、s5、使用軋機，對合金樣品進行55～65％壓下量的冷軋；

16、s6、將軋制的合金樣品放入可通氬氣的管式爐中，使用機械泵對管式爐膛抽真空，通入高純氬氣防止合金樣品被氧化，對合金樣品進行再結(jié)晶退火，制備得到ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金。

17、進一步地，步驟s1使用電子分析天平稱取ti、v、nb、mo原材料，去除ti、v、nb、mo原材料表面的氧化皮，并用高純無水乙醇進行表面清洗；

18、進一步地，步驟s3中，真空度抽到3×10-3～4.5×10-3pa，向爐內(nèi)充入高純氬氣到真空表示數(shù)為-0.05～-0.04mpa。

19、進一步地，步驟s3中電弧熔煉次數(shù)不少于6次。

20、進一步地，步驟s4中，合金樣品進行高溫均勻化退火的溫度為1473～1533k，保溫的時間為8～12小時，隨爐冷卻。

21、進一步地，步驟s5中，合金樣品冷軋的溫度為293～373k，優(yōu)選的，合金樣品冷軋的溫度為300～325k。

22、進一步地，步驟s6中，合金樣品再結(jié)晶退火的溫度為1373～1433k，保溫時間為35～55分鐘，隨爐冷卻。

23、本發(fā)明的另一個目的還公開了所述ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金在航空、航天高溫結(jié)構(gòu)或?qū)挏赜虿牧项I(lǐng)域的用途。

24、本發(fā)明ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金、及其制備方法與用途，與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點：

25、(1)在低溫力學性能方面，本發(fā)明ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金極大地改善了傳統(tǒng)的bcc結(jié)構(gòu)難熔合金在液氮溫度(77k)的低溫脆性問題，在低溫環(huán)境具有良好的力學性能。所述ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金在77k的拉伸屈服強度大于805mpa，抗拉強度大于1280mpa，應(yīng)變硬化能力高，斷后伸長率為12％～25％，比抗拉強度大于183mpa·cm3·g-1，力學性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)難熔合金。

26、(2)在高溫力學性能方面，通過加入大量的高熔點v、nb和mo元素，本發(fā)明ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金在1050～1200k甚至更高的溫度具有良好的力學性能，1073k的抗拉強度大于400mpa，1173k的抗拉強度大于310mpa。

27、(3)本發(fā)明ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金的密度小于7.2g/cm3，明顯低于傳統(tǒng)難熔合金(包括鈮基、鉬基、鉭基和鎢基合金)、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金，在輕量化方面具有明顯的優(yōu)勢，非常適合于高溫合金的輕量化減重。

28、(4)本發(fā)明ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金經(jīng)過高溫均勻化退火、軋制和再結(jié)晶退火后，合金組織為等軸晶粒，合金成分均勻。相比于鑄態(tài)難熔合金的明顯的枝晶間成分偏析現(xiàn)象，本發(fā)明ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金基本消除了鑄造態(tài)合金的枝晶間成分偏析，化學成分均勻，力學性能更加穩(wěn)定。

29、(5)本發(fā)明ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金同時具有3個優(yōu)點：輕量化(密度小于7.2g/cm3)、優(yōu)異的低溫力學性能和良好的高溫力學性能，其它合金例如鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、傳統(tǒng)難熔合金、鋼鐵材料、鋁合金則很難兼具這3個優(yōu)點。

30、綜上，本發(fā)明ti-v-nb-mo系輕質(zhì)寬溫域難熔合金在航空、航天高溫結(jié)構(gòu)或?qū)挏赜虿牧项I(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景和大規(guī)模推廣潛力。