本发明专利技术公开了具备极低再结晶温度的耐氧化Pb‑Li‑Ti铅锂合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Li:1.2‑2.0wt.%,Ti:0.3‑0.8wt.%,Te:0.1‑0.4wt.%,V:0.5‑0.9wt.%，Sn:1.0‑2.0wt.%,Bi:0.4‑0.8wt.%,余量为铅。该铅锂合金具有传统屏蔽材料用铅合金不具备的高耐氧化性能,并具备低的再结晶温度。用于极地环境下的核堆、医用放射源屏蔽、核废料处理等领域，可以有效地保障核反应堆系统的安全运行、提高系统运行寿命。
Oxidation resistant Pb-Li-Ti lead lithium alloy with extremely low recrystallization temperature
The invention discloses an oxidation resistant Pb Li Li Ti lead lithium alloy with extremely low recrystallization temperature and its processing technology. According to the weight percentage, the composition of the alloy is: Li:1.2 2.0wt.%, Ti:0.3 0.8wt.%, Te:0.1 0.4wt.%, V:0.5 0.9wt.%, Sn:1.0 2.0wt.%, Bi:0.4 0.8wt.%, and the remainder is lead. The lead lithium alloy has high oxidation resistance and low recrystallization temperature of traditional shielding materials with lead alloy. The nuclear reactor, medical radiation source shielding and nuclear waste disposal in the polar environment can effectively ensure the safe operation of the nuclear reactor system and improve the operating life of the system.
【技术实现步骤摘要】
具备极低再结晶温度的耐氧化Pb-Li-Ti铅锂合金
本专利技术涉及合金
，具体地说，涉及一种铅锂合金。
技术介绍
核电与火电、水电一起构成世界能源的三大支柱，在世界能源结构中占有重要的地位。用发展的眼光来看，我国能源增长需求主要靠核能的发展。与火电相比，核电不排放烟尘、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等大气污染物。核能利用是国防力量和国民经济水平的重要标志，显示了一个国家的综合实力。反应堆是核能源系统的核心部分，核裂变(或聚变)产生各种辐射射线，如不同能级的中子、γ射线、二次γ射线，其它带电粒子和高能射线。为了核反应堆系统能安全运行，用具有高可靠性的核屏蔽设施来衰减射线，保障核反应堆系统和环境安全。另外，还需要使用安全、可靠、高效的核屏蔽材料制作的容器为核燃料、核废料的运输、储存来提供安全保障。国内外对屏蔽合金材料已进行了大量的研究，很多屏蔽材料已得到广泛的应用。一般来说，大多的屏蔽合金材料含有铅或者是铅合金。屏蔽铅合金具有很独特的性能：(1)性能优良、成本适中、工艺成熟。在核石油勘探等领域存在着较大应用前景。有良好的多重辐射屏蔽性能。(2)第二相由于稳定性高，不会因长期保持而导致合金软化，从而可使铅得到有效的强化，在较高温度下也能保持较高的强度性质。(3)拥有良好的延展性能，可以有效降低铅合金的加工难度，满足作为结构工程材料使用的需要。辐射防护依赖于屏蔽材料的性能和辐射屏蔽结构的优化设计。随着核能源及各种核反应堆的发展，对屏蔽材料及屏蔽系统的要求越来越高。现有的许多屏蔽材料已难以满足其使用要求，主要表现在屏蔽材料的屏蔽效果与其它性能难以兼顾。因此对具备屏蔽与结构功能一体化的新型屏蔽材料的设计、制备及可靠性研究是屏蔽材料领域的前沿性课题。人们不断追求合金性能和加工性能的最佳组合的来满足日益提升的要求。目前，在欧美、日本等发达国家已经通过几十年的努力对核反应堆合金材料进行了多方位的创新。我国目前的屏蔽材料用合金的产品还很单一,在有温度要求的工作环境中不能适用。开发具备特殊性能铅合金有两种方法，一种是加入合金元素通过固溶强化来强化基体，另一种是通过加入第二相强化相形成铅基复合材料。在铅合金中加入锂后，通过优化合金的成分和配比能使得铅合金的有良好的多重辐射屏蔽性能。在辐射环境下,随着反应堆工作时间的加长,当核辐射引起的缺陷不能尽快的通过材料内部的回复和再结晶进行一定程度的消除后,屏蔽合金材料会变得发脆,引发力学性能的失效或者断裂。此外,材料的强化同样会引起力学性能升高,伴随而来的是回复和再结晶的温度也会相应的增大。因而,研究和推广具备低于现有屏蔽材料用铅合金的再结晶温度的铅合金材料,对于推动我国工业的快速发展已经成为必然。铅锂合金在熔炼和成型过程中极易发生氧化、燃烧甚至爆炸，不仅给零件的成型与性能造成危害，还很容易伤及人体和污染环境。铅锂合金产业化的一个重要方向就是如何阻止其高温下的氧化燃烧。目前冶炼工业中常采用氯化盐熔剂保护法与惰性气体保护法。但是，这两种方法都有其难以避免的缺陷，如易产生有毒气体污染环境和造成熔剂夹杂而损害合金性能。此外，熔炼、浇注设备和工艺复杂，加大了成本。解决铅锂合金在大气中熔炼时产生燃烧的另一个途径是向铅锂合金中添加合金元素，通过合金化的方法达到阻燃目的。合金化阻燃法其机理是在铅锂合金熔炼过程中添加特定的合金元素来影响合金氧化的热力学与动力学过程，形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化和氮化的目的，并且铅锂合金在后续加工过程中的氧化燃烧的倾向大大降低，从而提高铅锂合金的加工安全性。铅合金中加入锂并进行合理的合金化,就得到了铅锂合金。铅锂合金不仅具备优异的强度性能,其再结晶温度也远远低于现有的铅合金的再结晶温度。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在350-400度大气条件下进行熔炼的具备极低再结晶温度的耐氧化Pb-Li-Ti铅锂合金及其加工工艺。且在此温度区间熔炼的合金最终产品具有铅锂合金材料所需要优异的强度和高的屏蔽能力。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具备极低再结晶温度的耐氧化Pb-Li-Ti铅锂合金。按重量百分比计，合金的组成为：Li:1.2-2.0wt.%,Ti:0.3-0.8wt.%,Te:0.1-0.4wt.%,V:0.5-0.9wt.%，Sn:1.0-2.0wt.%,Bi:0.4-0.8wt.%,余量为铅。该铅锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-3.0wt.%左右。上述具备极低再结晶温度的耐氧化Pb-Li-Ti铅锂合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到350-400度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在350-400度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为10-15m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为10-20%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：140度，2.5个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理215度，2.8小时；真空时效处理138度，1.5小时。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术专利针对目前屏蔽材料用铅合金的强度还不能完全满足现有需求的现状提供了一种新颖的材料学解决方案。该合金具有极其优异的阻燃性能，可以达到在350-400温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的燃烧。在对液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的燃烧。且该铅锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于3.0wt.%左右。（2）锂的加入让铅锂合金的密度比多数合金的密度都要低。且随着锂含量的增加，其密度还会进一步降低。铅锂合金有很高的强度，其强度不会因为锂含量的增加而发生明显变化，而且可以通过添加铜、镁、锌等元素进一步提高合金的强度。铅锂合金拥有很高的刚度，抗变形能力强，其刚度随着锂含量的增加还会进一步提高。（3）该合金成功地解决了铅与合金元素之间的物理、化学相容性及界面相容性问题，克服了组元间的比重差，实现了合金元素和合金相在铅基体中的均匀分布。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。（4）相对于传统的屏蔽材料用铅合金，本专利申请保护的具备极低再结晶温度的耐氧化Pb-Li-Ti铅锂合金具有极其优异的力学性能。该材料在铅合金中引入锂后微观结构产生显著变化，使得铅合金在凝固过程中先析出的共晶组织由片层状演变成骨架状、板条状、最后退化成块状。合金的布氏硬度可达到传统铅合金的40-50倍左右，抗拉强度达到340-380MPa。该铅锂合金具有低的再结晶温度,再结晶温度为-20-10度。而传统铅合金的再结晶温度为50-100度。并在极低的温度下保持优异的塑性(延伸率在零下20度保持在15-18%左右)。此外,该材料在100度环境下保温6个月以上没有明显的氧化现象发生。用于极地环境下的核堆、医用放射源屏蔽、核废料处理等领域，可以有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具备极低再结晶温度的耐氧化Pb‑Li‑Ti铅锂合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Li: 1.2‑2.0wt.%,Ti:0.3‑0.8wt.%,Te:0.1‑0.4wt.%,V:0.5‑0.9wt.%，Sn:1.0‑2.0wt.%, Bi:0.4‑0.8wt.%,余量为铅。
【技术特征摘要】
1.一种具备极低再结晶温度的耐氧化Pb-Li-Ti铅锂合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Li:1.2-2.0wt.%,Ti:0.3-0.8wt.%,Te:0.1-0.4wt.%,V:0.5-0.9wt.%，Sn:1.0-2.0wt.%,Bi:0.4-0.8wt.%,余量为铅。2.根据权利要求1所述具备极低再结晶温度的耐氧化Pb-Li-Ti铅锂合金，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到350-400度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨长江，
申请(专利权)人：广州宇智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44
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