发明内容

针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明的目的之一在于提供一种大尺寸抗变形钼合金棒材的制备方法，该方法制备的钼合金棒材生产合格率高、具有晶粒细小均匀、高温强度高、再结晶温度高等优异性能，且制得的钼合金棒材可达到φ90-φ120mm，长度可达到3000mm，可满足玻纤行业领域的使用要求。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种大尺寸抗变形钼合金棒材的制备方法，包括：

钼合金粉末的制备步骤：按所述重量百分比分别称取钼源、钨源和锆源，进行混料处理，得到钼合金粉末，按重量百分比计，所述钼合金粉末包括如下组分：W5％-15％，ZrO₂0.5％-2.5％，余量为Mo；

压制成型步骤：将所述钼合金粉末装入设计好的模具型腔内进行压制成型处理，得到压坯；

高温烧结步骤：将所述压坯在还原性气氛、惰性气体或者真空条件进行高温烧结处理，得到钼合金烧坯；

锻造变形步骤：将所述钼合金烧坯进行锻造变形处理，得到锻造棒坯；

退火步骤：将所述锻造棒坯在还原性气氛下进行退火处理，得到所述大尺寸抗变形钼合金棒材。

在上述大尺寸抗变形钼合金棒材的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述钼合金粉末的制备步骤中，钼源为钼粉，钨源为钨粉，锆源为纳米态氧化锆粉末，钼粉的费氏粒度为2.0～4.0μm，钨粉的费氏粒度为2.5～4.5μm，纳米氧化锆粉末粒径为20～60nm。

本申请中通过在钼基体中引入钨元素，钨能够与钼形成固溶体，起到固溶强化的作用；本申请加入纳米级的氧化锆，能使氧化锆均匀分布在钼基体晶粒间，大大降低高温晶粒的长大速度，又可以达到弥散强化的作用，从而提高钼合金的再结晶温度和抗蠕变性能；本申请中添加的钨元素、纳米氧化锆含量过高，则会使固溶强化、第二相弥散强化导致钼合金压力加工性能恶化，容易诱发裂纹形成并导致材料失效，添加的钨元素、纳米氧化锆含量较低，钼合金性能提升不明显；此外，在钼合金中，当第二相颗粒纳米氧化锆数量适中并且以细小的颗粒弥散分布在钼合金中，可提高钼合金的性能，当氧化锆颗粒太大，强化效果较差，当氧化锆颗粒太小，容易形成团聚。

在上述大尺寸抗变形钼合金棒材的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述压制成型步骤中，压坯的直径为200～300mm(比如220mm、240mm、260mm、280mm、300mm)。

在上述大尺寸抗变形钼合金棒材的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述高温烧结步骤中，高温烧结处理的最高烧结温度为2000～2200℃(比如2020℃、2060℃、2100℃、2150℃、2200℃)，在最高烧结温度条件下保温4～8h(比如4.5h、5h、6h、7h、7.5h)；优选地，所述高温烧结处理设置成分段升温烧结，在达到最高烧结温度之前设置若干保温台阶从而去除杂质；本申请中最高烧结温度过低则烧结坯密度不足，不利于后续的锻造变形加工，最高烧结温度过高容易引起晶粒长大、且产品成本急剧增加。

在上述大尺寸抗变形钼合金棒材的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述高温烧结步骤中，钼合金烧坯的直径为180～250mm(比如190mm、210mm、230mm、250mm)。

在上述大尺寸抗变形钼合金棒材的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述锻造变形步骤中，采用快锻变形处理，始锻温度为1400～1550℃(比如1420℃、1450℃、1470℃、1520℃、1540℃)，终锻温度不低于1100℃，快锻变形处理的总变形量大于70％，快锻变形处理包括两火次以上锻造处理；优选地，终锻温度为1150-1300℃(比如1180℃、1210℃、1240℃、1270℃)；本申请中若终锻温度过高，则晶粒容易粗大，从而降低性能，若终锻温度低于1100℃，则锻造过程中容易产生裂纹；本申请中，变形量＝(变形前截面积-变形后截面积)/变形前截面积；优选地，快锻变形处理开始前所进行的加热时间为2-4小时；更优选地，锻造速度为80～108mm/s(比如82mm/s、85mm/s、88mm/s、92mm/s、95mm/s、98mm/s、102mm/s)；若锻造速度过小则此坯料在锻打过程中温度下降较快，不利于材料的塑性；但若锻造速度过大，耗能就会越大而导致成本增加；进一步优选地，采用1000T及以上公称压力的快锻机进行锻造变形处理。

在上述大尺寸抗变形钼合金棒材的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述锻造变形步骤中，锻造变形处理包括两火次锻造处理，每火次锻造处理依次进行加热处理和快锻处理；优选地，在第一火次锻造处理中，加热处理的加热温度为1400～1550℃(比如1420℃、1450℃、1470℃、1520℃、1540℃)，保温时间为1h～2h(比如1.2h、1.5h、1.8h)，在此加热温度和保温时间内的第一火次锻造处理可使坯料加热充分，边缘和心部温度均匀，提高材料的塑性，降低高温变形抗力，进而提高生产效率及锻件内部质量；快锻处理的锻造变形量为40％～60％(比如42％、45％、48％、50％、52％、54％、58％)，若锻造变形量太小，坯料的心部未变形，若锻造变形量太大，则容易产生裂纹，合格率降低；锻造速度为80～108mm/s(比如82mm/s、85mm/s、88mm/s、92mm/s、95mm/s、98mm/s、102mm/s)。

优选地，在第二火次锻造处理中，加热处理的加热温度为1250～1350℃(比如1250℃、1280℃、1300℃、1320℃、1340℃)，保温时间为0.5h-1.5h(比如0.7h、1h、1.2h、1.4h)，快锻处理的锻造变形量为30％～50％(比如32％、35％、38％、40％、42％、44％、48％)，锻造速度为80～108mm/s(比如82mm/s、85mm/s、88mm/s、92mm/s、95mm/s、98mm/s、102mm/s)；本申请中第二火次相比第一火次加热处理的加热温度(即锻造温度)降低，为避免锻造过程中发生再结晶，但是锻造温度也不能过低，锻造温度过低则会产生裂纹；本申请中若第二火次变形量太大会造成坯料开裂，因此将锻造变形量控制在30％～50％，相比两火次锻造处理，若进行一火次锻造处理容易因变形量太大而产生裂纹，且对快锻设备能力构成挑战。

本申请中，通过快锻变形设备实现钼合金棒材的大变形量锻造，锻造火次不超过两道次，以减少变形加工中的热循环次数，避免热变形加工中的再结晶行为的发生。

在上述大尺寸抗变形钼合金棒材的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述锻造变形步骤中，锻造棒坯的直径为90-120mm(比如95mm、100mm、110mm、120mm)。

在上述大尺寸抗变形钼合金棒材的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述退火步骤中，退火处理的退火温度为1050～1150℃(比如1080℃、1110℃、1140℃)，保温时间为60～120min(比如70min、80min、90min、100min、110min)；本申请中退火处理主要目的在于去除锻造变形引起的内应力，温度过低起不到消除应力的作用，温度过高则易发生晶粒长大；本申请在还原性气氛下进行退火处理，防止钼合金在高温条件下被氧化。

本发明第二方面提供一种大尺寸抗变形钼合金棒材，所述大尺寸抗变形钼合金棒材采用上述制备方法制备而成；优选地，所述钼合金棒材的尺寸为φ90-φ120mm，长度最长可达到3000mm，室温抗拉强度最高可达到750MPa，1300℃高温强度最高可达到350MPa，再结晶温度最高可达到1400℃。

本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

(1)本发明提供的制备方法工艺简单，生产的钼合金棒材合格率高，易实现工业化生产；

(2)本发明通过在制备过程中加入W和ZrO₂，通过W的固溶强化和ZrO₂弥散强化，其中纳米态陶瓷氧化锆粉末均匀弥散分布在钼基体晶粒间，大大降低了高温下晶粒的长大速度，从而提高了钼合金的再结晶温度和抗蠕变性能。

(3)本发明制备的钼合金棒材具有晶粒组织细小均匀、高温强度高、再结晶温度高等优异性能，生产规格可扩大到φ90-φ120mm，长度最长可达到3000mm；室温抗拉强度最高可达到750MPa，1300℃高温强度最高可达到350MPa，可满足玻纤行业领域的使用要求。

(4)本发明的锻造总变形量大，锻造道次少，获得的产品晶粒组织细小均匀，再结晶温度高，高温力学性能好，具有优异的高温抗变形性能。