权利要求
1.一种钼合金锻件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将钼粉和掺杂粉混匀，冷等静压处理后，采用氢气分段梯度烧结得到烧结坯;
S2、将所述烧结坯在氢气气氛下进行开坯锻造，使总变形量为36-65%，得到中间锻坯;
S3、将所述中间锻坯在氢气气氛下进行反复镦拔锻造，得到反复镦拔锻坯;
S4、对所述反复镦拔锻坯进行成品锻造，得到成品锻坯，然后退火，得到所述钼合金锻件。
2.如权利要求1所述钼合金锻件的制备方法，其特征在于，所述S1中，冷等静压的最大静压压力为175-250MPa，保压时间为5-15min。
3.如权利要求1所述钼合金锻件的制备方法，其特征在于，所述S1中，氢气分段梯度烧结具体为：
先以100-200℃/h的速率升温至800-1200℃，在不同升温节点分别保温2-4h;
然后以50-100℃/h的速率升温至1400-2000℃，在不同升温节点分别保温2-4h;
最后以45-55℃/h的速率升温至2100-2250℃，保温8-12h。
4.如权利要求1所述钼合金锻件的制备方法，其特征在于，所述S2中，开坯锻造的条件为：在1300-1500℃下加热1-4h，然后对烧结坯进行轴向镦粗或径向拔长锻造，终锻温度≥1000℃，沿相同方向回炉锻造1-3次。
5.如权利要求1所述钼合金锻件的制备方法，其特征在于，所述S2中，烧结坯的长径比≥1.4：
当烧结坯的长径比为1.4-2，对烧结坯进行轴向镦粗开坯锻造;
当烧结坯的长径比>2，对烧结坯进行径向拔长开坯锻造。
6.如权利要求1所述钼合金锻件的制备方法，其特征在于，所述S3中，反复镦拔锻造的条件为：在1200-1400℃下加热0.5-1h，然后进行第一火轴向镦粗或径向拔长锻造，第二火沿第一火的不同方向进行径向拔长或轴向镦粗锻造，变形量为20-30%，终锻温度≥950℃，重复反复镦拔锻造1-3次。
7.如权利要求1所述钼合金锻件的制备方法，其特征在于，所述S3中，中间锻坯的长径比为0.8-2：
当中间锻坯的长径比为0.8-1.2，反复镦拔锻造的第一火进行拔长锻造;
当中间锻坯的长径比为1.2-2，反复镦拔锻造的第一火进行镦粗锻造。
8.如权利要求1所述钼合金锻件的制备方法，其特征在于，所述S4中，成品锻造的条件为：在1200-1400℃下加热15-30min，然后进行轴向镦粗或径向拔长锻造，变形量为20-30%，终锻温度≥950℃，沿相同方向回炉锻造1-3次。
9.如权利要求1所述钼合金锻件的制备方法，其特征在于，所述S4中，退火在氢气气氛下进行，退火的温度为900-1300℃，退火的时间为0.5-2h。
10.如权利要求1-9任一项所述钼合金锻件的制备方法制备得到的钼合金锻件。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及稀有难熔金属技术领域，尤其涉及一种钼合金锻件及其制备方法。
背景技术
[0002]钼及钼合金具有熔点高、高温力学性能优异、抗热冲击性能好等优点，被广泛应用于航空航天、核工业、医疗等领域。随着科技的发展，高端装备需要用到规格更大的钼合金锻件，受制于设备、技术积累等多方面的影响，常见的加工多采用单向累积变形达到要求的尺寸规格，但会存在变形量不够和变形不均匀的问题，导致锻件的密度低、力学性能较差、组织不均匀，直接影响成品的使用寿命，很难满足高端装备的苛刻需求。
[0003]对于大规格钼合金锻件，制备工艺上存在如下三个难点：1)大尺寸压坯在烧结过中，不同的部位很难做到均匀致密化，如何控制升温速率和温度是一个难点;2)大规格锻件在锻造不同部位的变形程度存在区别，如何通过优化加工方式改善变形均匀性;3)大规格锻件在锻造过程中表面失温迅速，中部几乎不会发生温度变化，变形温度不同会导致加工应力和变形分布不均，甚至导致锻件开裂，如何通过表面温度监控控制变形过程。
[0004]基于此，继续开发一种适用于大规格钼合金锻件的制备工艺，以实现部件不同位置的致密化和组织均匀性。
发明内容
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种钼合金锻件及其制备方法。本发明所提供的制备方法可得到大尺寸、组织均匀、性能良好的钼合金锻件。
[0006]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种钼合金锻件的制备方法，包括以下步骤：
S1、将钼粉和掺杂粉混匀，冷等静压处理后，采用氢气分段梯度烧结得到烧结坯;
S2、将所述烧结坯在氢气气氛下进行开坯锻造，使总变形量为36-65%，得到中间锻坯;
S3、将所述中间锻坯在氢气气氛下进行反复镦拔锻造，得到反复镦拔锻坯;
S4、对所述反复镦拔锻坯进行成品锻造，得到成品锻坯，然后退火，得到所述钼合金锻件。
[0007]本发明所提供的钼合金锻件制备方法，适用于钼合金大规格锻件的生成，其主要通过优化锻造工艺和监控锻造过程参数，实现大规模钼合金锻件的组织均匀性和致密性、并具备良好的力学性能。
[0008]本发明通过氢气分段梯度烧结实现对锻坯组织致密化的初步调控;对烧结坯进行开坯，并通过对总变形量范围的控制，可确保锻件变形充分，得到中间锻坯;变形量不足将导致芯部开裂、组织不均匀，而开坯锻造和回炉锻造后的变形量过高则导致局部应力过大、出现锻打开裂。随后通过对中间锻坯的反复镦拔锻造，能够确保加工过程的均匀变形，解决大规格钼合金锻件的组织均匀性和组织各向异性问题，经过最终的成品锻造和退火，可成功制备得到组织致密均匀、直径在100-300mm钼合金锻件。
[0009]本发明所提供的制备方法采用了氢气分段梯度烧结、开坯预锻、反复镦拔、成品锻造和退火的锻造工艺，结合对锻造过程中的参数监控，成功加工出组织均匀致密、力学性能良好的φ=100-300mm的钼合金大规格锻件，既能满足大尺寸化产品的工业生产需求，又能保证产品的组织稳定性和批次一致性，适应大规格钼合金锻件的工业生产需求，解决了传统锻造方法制备的大规格锻件组织不均匀和力学性能、稳定性差的问题。
[0010]优选地，所述S1中，掺杂粉包括稀土氧化物类、难熔金属氧化物类、纯金属类中的至少一种，例如可以是氧化镧、氧化锆等。
[0011]优选地，所述S1中，将钼粉和掺杂粉混匀具体条件为：在混料前对设备充氩气，待氩气置换结束后，开始混料，混料时间为4-8h。
[0012]优选地，所述S1中，冷等静压的最大静压压力为175-250MPa，保压时间为5-15min。
[0013]优选地，所述S1中，氢气分段梯度烧结具体为：
先以100-200℃/h的速率升温至800-1200℃，在不同升温节点分别保温2-4h;
然后以50-100℃/h的速率升温至1400-2000℃，在不同升温节点分别保温2-4h;
最后以45-55℃/h的速率升温至2100-2250℃，保温8-12h。
[0014]烧结阶段通过结合低温预烧和高温致密化的梯度烧结，分阶段排杂，并控制烧结的致密化过程，达到大规格批次均匀纯化和致密化的效果。
[0015]进一步优选地，所述S1中，氢气分段梯度烧结具体为：
先以100-200℃/h的速率升温至1200℃，在升温至800℃、1000℃、1200℃时分别保温2-4h;
然后以50-100℃/h的速率升温至2000℃，在升温至1400℃、1800℃和2000℃时分别保温4h;
最后以45-55℃/h的速率升温至2100-2250℃，保温8-12h。
[0016]优选地，所述S2中，开坯锻造的条件为：在1300-1500℃下加热1-4h，然后对烧结坯进行轴向镦粗或径向拔长锻造，终锻温度≥1000℃，沿相同方向回炉锻造1-3次。
[0017]进一步优选地，所述S2中，回炉锻造的回炉加热时间为15-30min，变形量为20-30%。
[0018]进一步地，通过单道次锻造和锻造后总变形量的控制，可确保锻件变形均匀、充分。
[0019]优选地，所述S2中，烧结坯的长径比≥1.4：
当烧结坯的长径比为1.4-2，对烧结坯进行轴向镦粗开坯锻造;
当烧结坯的长径比>2，对烧结坯进行径向拔长开坯锻造。
[0020]控制开坯锻造、回炉锻造的长径比，结合监控终锻温度，确保开坯变形的成功：将烧结坯长径控制在1.4以上，然后根据不同的长径比范围进行不同方向的开坯锻造：当烧结坯的长径比为长径比为1.4-2时进行轴向镦粗开坯锻造，控制变形量使中间锻坯的长径比约在0.8以上;当烧结坯的长径比>2时进行径向拔长开坯锻造，控制变形量使中间锻坯的长径比约在2.7以上。
[0021]优选地，若所述开坯锻造为轴向镦粗锻造，不进行分切;若所述开坯锻造为径向拔长锻造，对中间锻坯进行分切。
[0022]优选地，所述S3中，反复镦拔锻造的条件为：在1200-1400℃下加热0.5-1h，然后进行第一火轴向镦粗或径向拔长锻造，第二火沿第一火的不同方向进行径向拔长或轴向镦粗锻造，变形量为20-30%，终锻温度≥950℃，重复反复镦拔锻造1-3次。
[0023]优选地，所述S3中，中间锻坯的长径比为0.8-2：
当中间锻坯的长径比为0.8-1.2，反复镦拔锻造的第一火进行拔长锻造;
当中间锻坯的长径比为1.2-2，反复镦拔锻造的第一火进行镦粗锻造。
[0024]可采用包括锯床、线切割机、水刀切割等方式对径向拔长开坯锻造得到的中间锻坯进行分切，控制其长径比以适应不同的反复镦拔的锻造要求。
[0025]优选地，所述S4中，成品锻造的条件为：在1200-1400℃下加热15-30min，然后进行轴向镦粗或径向拔长锻造，变形量为20-30%，终锻温度≥950℃，沿相同方向回炉锻造1-3次。
[0026]优选地，所述S4中，多次锻造中的回炉时间为15-30min，变形量为20-30%，终锻温度≥950℃。
[0027]优选地，所述S4中，退火在氢气气氛下进行，退火的温度为900-1300℃，退火的时间为0.5-2h。
[0028]通过优化多次反复镦拔，并监控终锻温度，可确保加工过程的均匀变形，可以解决大规格钼合金锻件的组织均匀性和组织各向异性问题。
[0029]优选地，所述镦粗锻造和拔长锻造分别采用镦粗模具和拔长模具进行，所述模具在使用前预热至100-200℃。
[0030]优选地，所述制备方法还包括对钼合金锻件的机加工工序。
[0031]第二方面，本发明提供了上述钼合金锻件的制备方法制备得到的钼合金锻件。
[0032]第三方面，本发明提供了上述钼合金锻件在航空航天、核工业或医疗领域中的应用。
[0033]与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种钼合金锻件的制备方法，能够提高钼合金大规格锻件组织均匀性，可有效地克服现有技术存在的缺点，制备得到组织均匀和各向异性可控的钼合金大规格锻件，该制备方法的生产工序简单、成品率高、利于工业化生产，可制得直径在100-300mm、性能优异的钼合金大规格锻件，具有很高的实用价值。
附图说明
[0034]图1为实施例1中本发明钼合金锻件的制备方法的工艺流程示意图;
图2为实施例1中本发明钼合金锻件的制备方法制得的钼合金锻件的外观图;
图3为实施例1中本发明钼合金锻件的制备方法制得的钼合金锻件的微观组织图。
具体实施方式
[0035]为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法;所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径获得的试剂和材料。
[0036]实施例1
本发明所述钼合金锻件及其制备方法的一种实施例，本实施例所述钼合金锻件的制备方法如下，具体工艺流程参照图1：
S1、将钼粉和氧化镧粉按质量比99：1投入球磨机中，转速200rpm/min，球磨时间为8h，将得到的混合粉末进行干燥，然后装入模具内进行冷等静压，设置最大压力为200MPa，保压时间为15min，得到压坯;
对压坯进行烧结，先以的100℃/h速率依次升温至800℃、1000℃和1200℃，在温度节点均保温2h，再以100℃/h速率依次升温至1400℃、1800℃和2000℃，在温度节点均保温4h，最后以50℃/h速率升温至2150℃，保温12h，得到直径150mm，长度500mm，长径比为3.33的钼合金烧结坯;
S2、将钼合金烧结坯加热至1400℃，保温2h，然后进行径向拔长的开坯锻造，变形量控制在20-25%，在1300-1400℃下回炉加热，保温时间20min，进行2炉次相同方向的锻造，变形量控制在20-25%，终锻温度控制在1000℃以上，得到直径约105mm，长度约1000mm的中间锻坯，总变形量为51%;
S3、将中间锻坯分切6块，使得每块的直径105mm，长度165mm，长径比为1.57;将分切的中间锻坯在1300℃下保温1h，进行第一火镦粗锻造，变形量控制在30%，然后回炉保温20min，进行第二火拔长锻造，变形量控制在30%，终锻温度控制在950℃以上，重复反复镦拔过程2次，得到直径约105mm，长度约165mm的反复镦拔锻坯，长径比为1.57;
S4、对反复镦拔锻坯在1300℃下回炉保温20min，进行3火次镦粗锻造，变形量控制在30%，终锻温度控制在950℃以上，得到直径约185mm，高度约55mm的成品锻件;然后在1000℃下退火2h，最后经过机加工，得到直径180mm，高度50mm的大规格钼合金锻件，外观如图2所示。
[0037]实施例2
本发明所述钼合金锻件及其制备方法的一种实施例，本实施例所述钼合金锻件的制备方法为：
S1、将钼粉和氧化镧粉按质量比99：1投入球磨机中，转速200rpm/min，球磨时间为8h，将得到的混合粉末进行干燥，然后装入模具内进行冷等静压，设置最大压力为200MPa，保压时间为15min，得到压坯;
对压坯进行烧结，先以的100℃/h速率依次升温至800℃、1000℃和1200℃，在温度节点均保温2h，再以100℃/h速率依次升温至1400℃、1800℃和2000℃，在温度节点均保温4h，最后以50℃/h速率升温至2150℃，保温12h，得到直径200mm，长度350mm，长径比为1.75的钼合金烧结坯;
S2、将钼合金烧结坯加热至1500℃，保温1.5h，然后进行轴向镦粗的开坯锻造，变形量控制在20-25%，在1400-1500℃下回炉，保温时间20min，进行1炉次相同方向的锻造，变形量控制在20-25%，终锻温度控制在1000℃以上，得到直径约255mm，长度约225mm的中间锻坯，长径比为1，总变形量为36%;
S3、直接将中间锻坯在1400℃下保温1h，进行第一火拔长锻造，变形量控制在25%，然后回炉保温30min，进行第二火镦粗锻造，变形量控制在25%，终锻温度控制在950℃以上，重复反复镦拔过程3次，得到直径约255mm，长度约225mm的反复镦拔锻坯，长径比为1;
S4、对反复镦拔锻坯在1400℃下回炉保温30min，进行2火次镦粗锻造，变形量控制在25%，终锻温度控制在950℃以上，得到直径约320mm，高度约125mm的成品锻件;然后在1100℃下退火2h，最后经过机加工，得到直径300mm，高度120mm的大规格钼合金锻件。
[0038]对比例1
对比例1与实施例1的不同之处仅在于，步骤S1的压坯烧结条件变化为：
先以100℃/h速率升温至1200℃，保温2h，再以100℃/h速率升温至2000℃，保温2h，最后以50℃/h速率升温至2150℃，保温12h。
[0039]对比例2
对比例2的钼合金锻件制备方法如下：
S1、参照实施例1;
S2、将直径150mm，长度500mm的钼合金烧结坯加热至1400℃，保温2h，然后进行径向拔长的开坯锻造，变形量控制在10-20%，在1300-1400℃下回炉加热，保温时间20min，进行2炉次相同方向的锻造，变形量控制在10-20%，终锻温度控制在1000℃以上，得到直径约125mm，长度约690mm的中间锻坯，总变形量约为30%;
S3、将中间锻坯分切5块，使得每块的直径125mm，长度120mm，长径比为0.96;将分切的中间锻坯在1300℃下保温1h，进行第一火拔长锻造，变形量控制在20-30%，然后回炉保温20min，进行第二火镦粗锻造，变形量控制在20-30%，终锻温度控制在950℃以上，重复反复镦拔过程2次，得到直径约125mm，长度约120mm的反复镦拔锻坯，长径比为0.96;
S4、参照实施例1的条件，对反复镦拔锻坯进行多火次镦粗锻造，得到直径约185mm，高度约55mm的成品锻件;然后在1000℃下退火2h，最后经过机加工，得到直径180mm，高度50mm的大规格钼合金锻件。
[0040]对比例3
对比例4与实施例1的不同之处仅在于，S3分切后，不进行反复镦拔锻造的步骤，直接进行S4的步骤，对直径约105mm，长度约165mm的锻坯进行成品锻造、退火处理和机加工，得到大规格钼合金锻件。
[0041]对比例4
对比例4与实施例2的不同之处仅在于，S2锻造后，不进行反复镦拔锻造的步骤，直接进行S4的步骤，对直径约255mm，长度约225mm的中间锻坯进行成品锻造、退火处理和机加工，得到大规格钼合金锻件。
[0042]效果例
为探究本发明所提供的制备方法制备得到的钼合金锻件的性能，对实施例及对比例中的钼合金锻件进行如下测试：
(1)组织均匀性：分别在芯部、边部等不同位置取样进行光学显微镜观察锻件的组织均匀性;
(2)加工缺陷：参考JJG 746-2004、JB/T 10061-1999 A，测试锻件是否存在开裂等缺陷;
(3)力学性能：参照GB/T 3876-2017，测试锻件的室温抗拉强度和断后伸长率(纵向)。
[0043]结果如下表1和图3，其中图3为实施例1中钼合金锻件在光学显微镜观察下的微观组织图。
[0044]表1
结合表1和图3可以看到，采用本发明所提供的钼合金锻件制备方法制得的钼合金锻件，可实现组织均匀、致密的钼镧合金大规格锻件的制备，无加工缺陷，并具有良好的力学性能，纵向室温抗拉强度≥600MPa，断后伸长率≥20%。
[0045]相比之下，对比例1中未进行分段梯度烧结，导致钼合金烧结坯的杂质元素无法有效排出，并且组织和密度分布不均匀，最终成品钼合金锻件纯度降低，组织均匀性变差，芯部存在大量裂纹缺陷，导致力学性能明显降低;对比例2中开坯锻造的总变形量不足，导致坯料锻造不充分，芯部无法变形，后续变形过程中出现芯部开裂缺陷等问题;对比例3和对比例4中未进行反复镦拔锻造，锻件的边部和芯部组织不均匀，且力学性能无法达到要求。
[0046]最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
说明书附图(3)
