本發(fā)明設(shè)計(jì)合金材料，尤其涉及一種微合金化高強(qiáng)韌鋯合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋯基材料因其強(qiáng)度高、韌性好、抗腐蝕性好且具有良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。目前工業(yè)純鋯的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度相對較低，例如在一些需要承受較大靜態(tài)載荷的機(jī)械結(jié)構(gòu)件中，如高強(qiáng)度螺栓、大型軸類零件等，純鋯的強(qiáng)度難以滿足要求，容易發(fā)生變形甚至斷裂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種微合金化高強(qiáng)韌鋯合金及其制備方法，本發(fā)明提供的微合金化高強(qiáng)韌鋯合金具有較高強(qiáng)度，且同時具有較低的彈性模量。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供一種微合金化高強(qiáng)韌鋯合金的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟(1)合金熔煉；

5、步驟(2)合金均勻化；

6、步驟(3)熱軋?zhí)幚恚核鰺彳執(zhí)幚戆ǖ谝淮螣彳執(zhí)幚砗偷诙螣彳執(zhí)幚恚凰龅谝淮螣彳執(zhí)幚淼臏囟雀哂诘诙螣彳執(zhí)幚怼?/p>

7、作為優(yōu)選地實(shí)施方式，所述合金均勻化的溫度為940～960℃；所述合金均勻化的時間為7～9h。

8、作為優(yōu)選地實(shí)施方式，所述第一次熱軋?zhí)幚淼臏囟葹?90～910℃；所述第二次熱軋?zhí)幚淼臏囟葹?90～510℃；

9、優(yōu)選地，所述第一次熱軋?zhí)幚砗偷诙螣彳執(zhí)幚頌槎嗟来诬堉疲?/p>

10、優(yōu)選地，所述多道次軋制中每道次的壓下率為5～10％。

11、作為優(yōu)選地實(shí)施方式，所述第一次熱軋?zhí)幚砗筮€包括水冷操作；

12、優(yōu)選地，所述第二次熱軋?zhí)幚砗筮€包括①水冷操作，或，②退火和隨爐冷卻；

13、優(yōu)選地，所述退火的溫度為490～510℃；所述退火的時間為8～12分鐘。

14、作為優(yōu)選地實(shí)施方式，步驟(3)還包括第三次熱軋?zhí)幚恚凰龅谌螣彳執(zhí)幚淼臏囟葹?90～310℃；

15、優(yōu)選地，所述第三次熱軋?zhí)幚頌槎嗟来诬堉疲?/p>

16、優(yōu)選地，所述多道次軋制中每道次的壓下率為5～10％。

17、作為優(yōu)選地實(shí)施方式，所述第三次熱軋?zhí)幚砗筮€包括①水冷操作，或，②退火和隨爐冷卻；

18、優(yōu)選地，所述退火的溫度為290～310℃；所述退火的時間為8～12分鐘。

19、作為優(yōu)選地實(shí)施方式，步驟(3)中，所述熱軋?zhí)幚淼目傋冃瘟繛?0～90％；

20、在某些具體的實(shí)施方式中，所述熱軋?zhí)幚戆ǖ谝淮螣彳執(zhí)幚砗偷诙螣彳執(zhí)幚?，所述第一次熱軋?zhí)幚淼淖冃瘟繛?0～45％；所述第二次熱軋?zhí)幚淼淖冃瘟繛?0～45％；

21、在某些具體的實(shí)施方式中，所述熱軋?zhí)幚戆ǖ谝淮螣彳執(zhí)幚?、第二次熱軋?zhí)幚砗偷谌螣彳執(zhí)幚恚龅谝淮螣彳執(zhí)幚淼淖冃瘟繛?0～30％；所述第二次熱軋?zhí)幚淼淖冃瘟繛?0～30％；所述第三次熱軋?zhí)幚淼淖冃瘟繛?0～30％。

22、在某些具體的實(shí)施方式中，所述第一次熱軋?zhí)幚?、第二次熱軋?zhí)幚砗偷谌螣彳執(zhí)幚碇校康来诬堉魄敖?jīng)過預(yù)熱處理；所述預(yù)熱的溫度與熱軋?zhí)幚淼臏囟认嗤?；所述第一次熱軋?zhí)幚怼⒌诙螣彳執(zhí)幚砗偷谌螣彳執(zhí)幚碇?，第一道次軋制前的預(yù)熱時間為28～32分鐘，其余道次軋制前的預(yù)熱時間為3～5分鐘。本發(fā)明在第一道次軋制前進(jìn)行保溫處理，可以防止合金在低溫下軋制發(fā)生開裂，同時也有利于獲得精準(zhǔn)的熱軋制溫度。

23、作為優(yōu)選地實(shí)施方式，所述微合金化高強(qiáng)韌鋯合金的化學(xué)組成，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：

24、鉿：1.5％～3％、硼：0.04％～0.11％、鐵：0.15％～0.25％、氧：0.13％～0.16％，余量為zr和不可避免地雜質(zhì)。

25、在某些具體的實(shí)施方式中，步驟(1)中，為保證合金熔煉得到的合金錠的均勻性，所述合金熔煉的次數(shù)為5～6次；所述合金熔煉后還包括去除合金錠表面的氧化皮的操作，具體可以采用150～1500目的砂紙進(jìn)行打磨。

26、在某些具體的實(shí)施方式中，步驟(2)中，所述合金均勻化在惰性氣氛中進(jìn)行。

27、又一方面，本發(fā)明提供上述制備方法得到的微合金化高強(qiáng)韌鋯合金。

28、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具備以下優(yōu)點(diǎn)：

29、本發(fā)明以工業(yè)純鋯為基體，添加微量硼、鐵和氧等元素采用熱軋工藝制備微合金化高強(qiáng)韌鋯合金。熱軋制能夠消除鑄錠中的缺陷，密實(shí)并均勻化合金組織，細(xì)化晶粒，改善顯微組織，并且可以產(chǎn)生大量位錯，通過位錯強(qiáng)化進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度，而均勻的組織，也會避免局部應(yīng)力集中引起的裂紋擴(kuò)展和開裂，在保持較高強(qiáng)度的同時保持優(yōu)異的塑性。

技術(shù)特征：

1.一種微合金化高強(qiáng)韌鋯合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述合金均勻化的溫度為940～960℃；所述合金均勻化的時間為7～9h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一次熱軋?zhí)幚淼臏囟葹?90～910℃；所述第二次熱軋?zhí)幚淼臏囟葹?90～510℃；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一次熱軋?zhí)幚砗筮€包括水冷操作；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)還包括第三次熱軋?zhí)幚?；所述第三次熱軋?zhí)幚淼臏囟葹?90～310℃；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述第三次熱軋?zhí)幚砗筮€包括①水冷操作，或，②退火和隨爐冷卻；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述熱軋?zhí)幚淼目傋冃瘟繛?0～90％。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述第一次熱軋?zhí)幚?、第二次熱軋?zhí)幚砗偷谌螣彳執(zhí)幚碇校康来诬堉魄敖?jīng)過預(yù)熱處理。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述微合金化高強(qiáng)韌鋯合金的化學(xué)組成，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：

10.權(quán)利要求1-9任一所述的制備方法得到的微合金化高強(qiáng)韌鋯合金。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種微合金化高強(qiáng)韌鋯合金及其制備方法。該制備方法包括以下步驟：步驟(1)合金熔煉；步驟(2)合金均勻化；步驟(3)熱軋?zhí)幚恚喊ǖ谝淮螣彳執(zhí)幚砗偷诙螣彳執(zhí)幚?；第一次熱軋?zhí)幚淼臏囟雀哂诘诙螣彳執(zhí)幚?。本發(fā)明以工業(yè)純鋯為基體，添加微量硼、鐵和氧等元素采用熱軋工藝制備微合金化高強(qiáng)韌鋯合金。熱軋制能夠消除鑄錠中的缺陷，密實(shí)并均勻化合金組織，細(xì)化晶粒，改善顯微組織，并且可以產(chǎn)生大量位錯，通過位錯強(qiáng)化進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度，而均勻的組織，也會避免局部應(yīng)力集中引起的裂紋擴(kuò)展和開裂，在保持較高強(qiáng)度的同時保持優(yōu)異的塑性。

技術(shù)研發(fā)人員：梁順星,劉心凱,劉日平,張新宇,馬明臻,郭宇星,張樹志,張俊松,袁智勇,尹子超,尹瑞世
受保護(hù)的技術(shù)使用者：燕山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8