CN100460143C - 钨基高比重合金薄板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钨基高比重合金薄板的制备方法，是通过以下步骤实现的：配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在20～100μm；粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1～3mm厚的薄板坯；高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1450℃～1500℃进行1～5小时的液相高温烧结；冷轧：通过板材轧机进行冷轧加工；本发明的有益效果是：周期短；能耗低；无污染；成品率高；设备投资小；占用场地小；可应用到生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金薄板的制备方法，尤其涉及一种钨基高比重合金薄板的制备方法。
背景技术
钨基高比重合金，主要是指以钨为主要成分，以镍、铁、铜等其中的一种或多种金属为合金元素，并适当添加少量的其它元素所组成的高比重合金。
现有的钨基高比重合金薄板制备的主要工艺步骤如下：
(1)配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
(2)压坯：采用油压机和成形模具，将合金粉末压制成方形厚板坯。采用该工艺无法制得大面积的薄板坯，一般压制板坯厚度至少在20毫米以上，长度和宽度分别不大于100毫米；
(3)预烧结：通常在真空炉或氢气保护气氛炉中，在1000℃左右进行长时间的预烧结，其目的是为了去除粉末表面的杂质元素，防止在高温烧结过程中形成脆性相而降低其加工塑性。由于板坯较厚，预烧结时内部杂质难以去除彻底；
(4)高温烧结：通常在真空炉或氢气保护气氛炉中，在1450℃～1500℃进行30～60分钟的高温液相烧结，提高坯料的密度；
(5)轧制开坯：通常在1200℃左右进行高温轧制开坯，由于钨基高比重合金中裂纹的产生和扩展对热加工非常敏感，加之其内部杂质去除不彻底，合金材料在该工序加工最易产生开裂报废，而且高温加工时材料表面会产生较厚的脆性氧化层；
(6)修磨：用砂轮磨去板材边沿的开裂部分和表面的脆性氧化层，防止其在后续加工中进一步开裂；
(7)热轧：通常将材料加热到800℃～1000℃之间进行高温轧制。同样，合金材料在该工序加工易产生开裂报废，且表面会产生脆性氧化层；
(8)修磨：同工序(6)；
(9)酸碱洗：进一步彻底去除表面脆性氧化层，露出金属本色，以防止在后续加工中引起开裂并保证最终板材的表面质量；
(10)退火：在真空或氢气炉中进行，其目的是消除热加工内应力，以利于后续的冷轧加工；
(11)冷轧：在板材冷轧机上进行冷轧加工；
(12)退火：在真空或氢气炉中进行，其目的是消除冷加工硬化，以利于后续的进一步加工；
(13)二次冷轧：在板材冷轧机上进行冷轧加工；
如此反复退火-冷轧，直至加工到所要求的厚度。
从上述的步骤分析可知：
(1)周期长：现有技术有10多道生产工序，生产周期较长。如生产厚度为1mm以下的薄板，生产周期至少在15天以上；
(2)能耗高：预烧结、高温液相烧结、高温轧制开坯、热轧、退火等多道工序须采用大功率的高温加热炉，能耗较高；
(3)污染环境：修磨会产生粉尘污染，碱洗和酸洗会产生废气和废液污染；
(4)成品率低：高温加工时易产生开裂报废，产品的成品率较低。如生产1mm厚的薄板，综合成品率不到40％；
(5)设备投资大：设备占用种类和数量较多，而且多数为大功率和大吨位的加工设备，设备投资较大；
(6)占用场地大：需要较大的加工场地。
造成现有技术存在以上诸多缺陷的主要原因如下：
(1)钨基高比重合金特殊的显微结构形态决定了其板材不适于热加工变形。该合金烧结态的显微组织是由低熔点的粘结相和高熔点的球状钨颗粒组成的两相复合结构，其中钨颗粒的体积占85％以上。由于两相的强度、硬度、塑性和热膨胀系数差异较大，热加工时易产生塑性变形不协调，并产生界面开裂；
(2)由于粘结相和钨颗粒两者比重差异较大，板坯高温液相烧结时，粘结相处于液态，而钨颗粒仍处于固态。如果板坯较厚，易产生比重偏析而导致成分分布上下不均，影响材料的加工及使用性能；
(3)由于压制板坯较厚，预烧结过程中坯料内部杂质元素难以通过挥发和氢气还原彻底去除，导致其塑性较差，在后续的加工过程中易产生加工硬化并导致材料开裂。
因此，如何采用适当的方法使坯料内部成分分布均匀，杂质元素在高温液相烧结前即彻底脱除，并避开热加工工序，是克服现有技术缺陷的关键。而制备厚度小、面积大的板坯是较为理想的途径。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种钨基高比重合金薄板的制备方法，旨在解决上述的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下步骤实现的：
配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在20～100μm；
粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1～3mm厚的薄板坯；
高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1450℃～1500℃进行1～5小时的液相高温烧结；
冷轧：通过一般板材轧机即可进行大变形量冷轧加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：周期短；能耗低；无污染；成品率高；设备投资小；占用场地小；可应用到生产中。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明采用粉末制粒、粉末轧制制坯、液相烧结、直接冷轧加工薄板的制备方法，其主要工艺步骤如下：
(1)配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
(2)制粒：为了改善粉末的流动性，提高坯料的压制密度和成形精度，减少压制废品的出现，必须先对粉末进行制粒，即把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在20～100μm；
(3)粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1～3mm厚的薄板坯。
(4)高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1450℃～1500℃进行1～5小时的液相高温烧结；
(5)冷轧：因坯料较薄和杂质去除彻底，冷加工性能较好，烧结后可直接进行冷轧，且不需要大吨位加工设备，一般小型轧机上即可进行大变形量冷轧加工。冷轧压下量可高达90％以上。若成品厚度在0.4mm以上，中间不需要退火可一次冷轧完成。
将配好并混合均匀的合金粉末进行制粒，采用粉末轧机代替油压机用于板坯制备，可使得板坯厚度大为减小、面积大大提高。不用进行预烧结，只是在高温液相烧结过程中，适当延长烧结时间，不仅能大大减少成分偏析，而且内部杂质元素脱除更彻底。改善了板坯的成分均匀性、提高了洁净度和加工塑性。烧结后的薄板坯不需要进行高温轧制开坯、修磨、热轧、酸碱洗和退火等工序，即可在一般小型轧机上进行大变形量的冷轧加工。
实施例1
配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在20μm；
粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1mm厚的薄板坯；
高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1450℃进行5小时的液相高温烧结；
冷轧：通过一般小型轧机进行大变形量冷轧加工。
实施例2
配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在50μm；
粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1.8mm厚的薄板坯；
高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1460℃进行4小时的液相高温烧结；
冷轧：通过一般小型轧机进行大变形量冷轧加工。
实施例3
配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在70μm；
粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1.6mm厚的薄板坯；
高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1480℃进行3小时的液相高温烧结；
冷轧：通过一般小型轧机进行大变形量冷轧加工。
实施例4
配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在100μm；
粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成3mm厚的薄板坯；
高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1500℃进行1小时的液相高温烧结；
冷轧：通过一般小型轧机进行大变形量冷轧加工。
实施例5
配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在27μm；
粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1.9mm厚的薄板坯；
高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1490℃进行2小时的液相高温烧结；
冷轧：通过一般小型轧机进行大变形量冷轧加工。
与现有技术相比，本发明的优点
(1)周期短：本发明技术仅有5道生产工序，生产周期较短。如生产厚度为1mm以下的薄板，可在1天内完成；
(2)能耗低：省去了预烧结、高温轧制开坯、热轧、退火等多道高能耗工序，节省了能源；
(3)无污染：省去了修磨、碱洗和酸洗等产生废尘、废气和废液的工序，无任何环境污染；
(4)成品率高：可根据成品要求，灵活调整坯料尺寸，最大限度地减少边角料损耗，且坯料不良品和边角料可直接回收再利用，原材料利用率较高；如生产1mm厚的薄板，综合成品率可达95％以上；
(5)设备投资小：设备占用种类和数量较少，而且设备功率和吨位较小，设备投资较小；
(6)占用场地小：可在较小的加工场地上完成整个生产流程。
Claims (4)
1.一种钨基高比重合金薄板的制备方法，是通过以下步骤实现的：
配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在20～100μm；
粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1～3mm厚的薄板坯；
高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1450℃～1500℃进行1～5小时的液相高温烧结；
冷轧：通过板材轧机进行冷轧加工。
2.一种钨基高比重合金薄板的制备方法，是通过以下步骤实现的：
配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在50μm；
粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1.8mm厚的薄板坯；
高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1460℃进行4小时的液相高温烧结；
冷轧：通过一般小型轧机进行大变形量冷轧加工。
3.一种钨基高比重合金薄板的制备方法，是通过以下步骤实现的：
配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在70μm；
粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1.6mm厚的薄板坯；
高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1480℃进行3小时的液相高温烧结；
冷轧：通过一般小型轧机进行大变形量冷轧加工。
4.一种钨基高比重合金薄板的制备方法，是通过以下步骤实现的：
配粉：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其它合金粉末进行称重配比，并进行均匀混合；
制粒：把小颗粒的混合粉末，添加适量的粘结剂，制成流动性好的团粒；团粒粒度控制在27μm；
粉轧制坯：采用粉末轧机，将制粒后合金粉末制成1.9mm厚的薄板坯；
高温烧结：在氢气保护气氛炉中，在1490℃进行2小时的液相高温烧结；
冷轧：通过一般小型轧机进行大变形量冷轧加工。
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2006
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