CN103866174B - 一种高强度镍钼镁三元合金及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度镍钼镁三元合金及其制备工艺，所述镍钼镁三元合金中含有Mg26-38wt%、Mo23-34wt%、Nb4-5wt%、V2-4wt%、Ca2-6wt%、Fe≤0.05wt%、C≤0.05wt%、N≤0.05wt%、H≤0.05wt%、O≤0.06wt%，其余为Ni；本发明通过控制材料的成分和加工方式，使镍钼镁三元合金不仅具有相当于铝合金的高强度，在室温下使用具有良好的性能稳定性，其强度比现有的镍钼镁三元合金高1.5～3倍。

Description

一种高强度镍钼镁三元合金及其制备工艺
技术领域：
本发明属于材料领域，涉及一种高强度钼镍镁三元合金，尤其是一种低杂质含量钼镍镁三元合金及其冷加工和热处理方法。
背景技术：
金属镁是银白色的金属，质硬，略有延展性。镁主要用于制造轻金属合金，镍钼镁三元合金具有优异的韧塑性、耐蚀性、加工性等特点，且制造成本低，同时，无合金元素添加环境相容，是广泛应用于军工国防、航空航天、医疗等领域的结构材料。然而，由于镍钼镁三元合金的强度较低，作为结构材料，应用范围受到限制。
目前，在工业应用中，提高镍钼镁三元合金强度最成熟、最有效的方法是进行细晶强化。细晶强化的原理可用hall-Petch公式解释：由于多晶体中的晶界变形抗力较大，且每个晶粒的变形都要受到周围晶粒的牵制，故多晶体的室温强度总是随着晶粒的细化(即晶界总面积的增加)而提高。多晶体屈服强度σs与晶粒平均直径d之间的关系可用hall-Petch公式描述。以不同晶粒尺寸的镍钼镁三元合金为例，当晶粒尺寸为7～8级时，强度为400Mpa左右，而当晶粒尺寸达到11～12级时，强度可提高70～100Mpa。这充分说明了细晶强化对于材料强度的提升是有效的。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高强度镍钼镁三元合金及其制备工艺，高强度镍钼镁三元合金采用在镍钼镁三元合金中添加钼、铌等元素的方法，通过冷加工与热处理方式获得高于现有强度2～3倍的镍钼镁三元合金。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一种高强度镍钼镁三元合金，所述镍钼镁三元合金中Mg26-38wt％、Mo23-34wt％、Nb4-5wt％、V2-4wt％、Ca2-6wt％、Fe≤0.05wt％、C≤0.05wt％、N≤0.05wt％、H≤0.05wt％、O≤0.06wt％，其余为Ni。
所述高强度镍钼镁三元合金的制备工艺，包括如下步骤：
(1)熔炼：采用镁粉、钼粉、镍粉、铌粉、钒粉、钙粉为原料，在热力学稳定性好的钨坩埚中熔炼，钨坩埚的纯度≥99.9％；将钼粉、镍粉、铌粉和钒粉混合均匀后装入钨坩埚中，镁粉和钙粉装入料斗，在熔炼后期加入；首先将炉体内抽高真空，炉内真空度为1×10-1Pa，漏气率＜0.2Pa/min，充入氩气，使真空度为0.1MPa；通电，熔炼混合均匀的钼粉、镍粉、铌粉和钒粉，待钼粉、镍粉、铌粉和钒粉全部熔化后，翻转料斗，加入镁粉和钙粉，待镁粉和钙粉全部熔化后，静置5-10分钟，在2050-2150摄氏度浇铸，获得镍钼镁三元合金。
所述镁粉、钼粉、镍粉、铌粉、钒粉或钙粉的粒度均为为100-300目。
(2)冷加工：采用轧条退火后室温拉拔的方式进行加工，退火温度为750℃、时间1h，各拉拔道次中间不得进行热处理；道次累积冷加工变形量≥70％；
(3)成品退火热处理：温度≤400℃，时间≤1h。
所述高强度镍钼镁三元合金制备工艺的优选方式为：
所述高强度镍钼镁三元合金制成的棒丝材，所述棒丝材的直径Ф≤12mm，棒丝材的抗拉强度≥750Mpa，延伸率≥18％。
本发明通过控制材料的成分和加工方式，使镍钼镁三元合金不仅具有相当于铝合金的高强度，在室温下使用具有良好的性能稳定性，其强度比现有的镍钼镁三元合金高1.5～3倍。
具体实施方式：
下面对本发明做进一步详细描述：
本发明的目的是采用低杂质含量的镍钼镁三元合金，通过适当的加工方式获得高于现有强度1.5～3倍的镍钼镁三元合金。该发明通过控制材料的成分和加工方式，使镍钼镁三元合金不仅具有相当高的强度，在室温下使用具有良好的性能稳定性。
随着变形量的增大，镍钼镁三元合金中出现了大量的孪晶组织和孪晶界面。孪晶界面对材料强化的作用方式与晶界类似，当材料组织中存在大量的孪晶界面时，位错将难以穿过孪晶界面进行变形，导致界面处塞积大量的位错，引起应力集中，造成加工硬化，达到提升材料强度的目的。因此，镍钼镁三元合金的变形量越大、形变孪晶越多，孪晶尺寸越小，材料强度将越高。
本发明中采用的热处理制度如下：
在不损失材料强度的前提下，为了改善镍钼镁三元合金的塑性，适当提高镍钼镁三元合金的延伸率，可进行低温热处理。热处理制定：温度≤400℃，时间≤1h。
实施例1：
一种高强度镍钼镁三元合金，所述镍钼镁三元合金中Mg26wt％、Mo32wt％、Nb5wt％、V4wt％、Ca6wt％、Fe≤0.05wt％、C≤0.05wt％、N≤0.05wt％、H≤0.05wt％、O≤0.06wt％，其余为Ni。
实施例2：
一种高强度镍钼镁三元合金，所述镍钼镁三元合金中Mg38wt％、Mo34wt％、Nb4wt％、V2wt％、Ca2wt％、Fe≤0.05wt％、C≤0.05wt％、N≤0.05wt％、H≤0.05wt％、O≤0.06wt％，其余为Ni。
实施例3：
一种高强度镍钼镁三元合金，所述镍钼镁三元合金中Mg30wt％、Mo23wt％、Nb4.5wt％、V3wt％、Ca4wt％、Fe≤0.05wt％、C≤0.05wt％、N≤0.05wt％、H≤0.05wt％、O≤0.06wt％，其余为Ni。
实施例4：
一种高强度镍钼镁三元合金，所述镍钼镁三元合金中Mg32wt％、Mo30wt％、Nb4wt％、V2wt％、Ca5wt％、Fe≤0.05wt％、C≤0.05wt％、N≤0.05wt％、H≤0.05wt％、O≤0.06wt％，其余为Ni。
实施例5：
一种高强度镍钼镁三元合金，所述镍钼镁三元合金中Mg33wt％、Mo32wt％、Nb5wt％、V2wt％、Ca4wt％、Fe≤0.05wt％、C≤0.05wt％、N≤0.05wt％、H≤0.05wt％、O≤0.06wt％，其余为Ni。
实施例6：
一种高强度镍钼镁三元合金，所述镍钼镁三元合金中Mg28wt％、Mo24wt％、Nb5wt％、V4wt％、Ca6wt％、Fe≤0.05wt％、C≤0.05wt％、N≤0.05wt％、H≤0.05wt％、O≤0.06wt％，其余为Ni。
所述高强度镍钼镁三元合金的制备工艺，包括如下步骤：
(1)熔炼：采用镁粉、钼粉、镍粉、铌粉、钒粉、钙粉为原料，在热力学稳定性好的钨坩埚中熔炼，钨坩埚的纯度≥99.9％；将钼粉、镍粉、铌粉和钒粉混合均匀后装入钨坩埚中，镁粉和钙粉装入料斗，在熔炼后期加入；首先将炉体内抽高真空，炉内真空度为1×10-1Pa，漏气率＜0.2Pa/min，充入氩气，使真空度为0.1MPa；通电，熔炼混合均匀的钼粉、镍粉、铌粉和钒粉，待钼粉、镍粉、铌粉和钒粉全部熔化后，翻转料斗，加入镁粉和钙粉，待镁粉和钙粉全部熔化后，静置5-10分钟，在2050-2150摄氏度浇铸，获得镍钼镁三元合金。
所述镁粉、钼粉、镍粉、铌粉、钒粉或钙粉的粒度均为为100-300目。
(2)冷加工：采用轧条退火后室温拉拔的方式进行加工，退火温度为750℃、时间1h，各拉拔道次中间不得进行热处理；道次累积冷加工变形量≥70％；
(3)成品退火热处理：温度≤400℃，时间≤1h。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种高强度镍钼镁三元合金，其特征在于：所述镍钼镁三元合金中含有Mg26-38wt％、Mo23-34wt％、Nb4-5wt％、V2-4wt％、Ca2-6wt％、Fe≤0.05wt％、C≤0.05wt％、N≤0.05wt％、H≤0.05wt％、O≤0.06wt％，其余为Ni。
2.如权利要求1所述高强度镍钼镁三元合金，其特征在于：所述镍钼镁三元合金中Mg26wt％、Mo32wt％、Nb5wt％、V4wt％、Ca6wt％、Fe≤0.05wt％、C≤0.05wt％、N≤0.05wt％、H≤0.05wt％、O≤0.06wt％，其余为Ni。
3.如权利要求1所述高强度镍钼镁三元合金，其特征在于：所述镍钼镁三元合金中Mg38wt％、Mo34wt％、Nb4wt％、V2wt％、Ca2wt％、Fe≤0.05wt％、C≤0.05wt％、N≤0.05wt％、H≤0.05wt％、O≤0.06wt％，其余为Ni。
4.如权利要求1所述高强度镍钼镁三元合金的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)熔炼：采用镁粉、钼粉、镍粉、铌粉、钒粉、钙粉为原料，在热力学稳定性好的钨坩埚中熔炼，钨坩埚的纯度≥99.9％；将钼粉、镍粉、铌粉和钒粉混合均匀后装入钨坩埚中，镁粉和钙粉装入料斗，在熔炼后期加入；首先将炉体内抽高真空，炉内真空度为1×10-1Pa，漏气率＜0.2Pa/min，充入氩气，使真空度为0.1MPa；通电，熔炼混合均匀的钼粉、镍粉、铌粉和钒粉，待钼粉、镍粉、铌粉和钒粉全部熔化后，翻转料斗，加入镁粉和钙粉，待镁粉和钙粉全部熔化后，静置5-10分钟，在2050-2150摄氏度浇铸，获得镍钼镁三元合金；
(2)冷加工：采用轧条退火后室温拉拔的方式进行加工，退火温度为750℃、时间1h，各拉拔道次中间不得进行热处理；道次累积冷加工变形量≥70％；
(3)成品退火热处理：温度≤400℃，时间≤1h。
5.如权利要求4所述高强度镍钼镁三元合金的制备工艺，其特征在于：所述高强度镍钼镁三元合金制成的棒丝材，所述棒丝材的直径Ф≤12mm，棒丝材的抗拉强度≥750MPa，延伸率≥18％。
6.如权利要求4所述高强度镍钼镁三元合金的制备工艺，其特征在于：所述镁粉、钼粉、镍粉、铌粉、钒粉或钙粉的粒度均为100-300目。
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