CN101386947A

CN101386947A - 一种高比重钨合金材料及其制备方法

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Publication number: CN101386947A
Application number: CNA2008101374406A
Authority: CN
Inventors: 于洋; 王尔德
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-03-18

Abstract

一种高比重钨合金材料及其制备方法，它涉及一种钨合金材料及其制备方法。它解决了现有高比重钨合金产品塑性差、强度低、变形量小、残余力大，方法所需设备吨位大、脱模时间长、模具要严格密封及成本高的问题。高比重钨合金材料由钨粉末、镍粉末、铁粉末和钴粉末制成。制备方法：一、制混合粉末A；二、制坯料；三、烧结坯料；四、制混合粉末B；五、制润滑介质；六、将坯料与润滑介质放入模具内进行挤压成型，即得。本发明高比重钨合金材料塑性好、强度大、变形量大及残余力小。本发明制备方法简单、所需设备吨位小、脱模时间短、对模具没有严格要求及成本低廉。

Description

一种高比重钨合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钨合金材料及其制备方法。

背景技术

我国是钨资源大国，而钨合金又因其具有高密度，一系列优异的性能的特点，被广泛应用在尖端科学领域、军事工业和民用工业中。高比重钨合金主要由镍、铁、钴、铜、铬等元素组成，常采用热等静压、辐射加热烧结方法制备。

目前，提高钨合金性能的方法主要有添加微量元素、改善成分配比、细化钨颗粒尺寸、优化烧结工艺及热处理和形变强化等方法，其中形变强化效果最显著，但形变强化只有大的塑性变形才能达到显著提高强度的目的，但强度大幅度提高的同时塑性就会下降。形变强化工艺目前生产上主要采用旋转锻造，旋转锻造每道次变形量(10％～17％)很小，仅表面变形量大，心部变形量小，变形不均匀，变形量过大会导致开裂，由于需要多次加热锻造致使生产效率低，材料利用率低，能耗大且成本高；而采用冷静静压方法制备高比重钨合金，虽增大了变形量，但所需设备吨位大，模具要严格密封，安全性不好，冷静液挤压不能一次挤出，挤压后有残料，脱模时间长，这样冷静液挤压生产效率低，冷变形坯料残余应力大。

发明内容

本发明为了解决现有高比重钨合金产品塑性差、强度低、变形量小、残余力大，方法所需设备吨位大、脱模时间长、模具要严格密封及成本高的问题，而提供的一种高比重钨合金材料及其制备方法。

高比重钨合金材料按重量百分比由93.0％～97.0％的钨粉末、2.1％～4.9％的镍粉末、0.8％～2.0％的铁粉末和0.1％的钴粉末制成。

制备高比重钨合金材料的方法按以下步骤实现：一、按重量百分比取93.0％～97.0％的钨粉末、2.1％～4.9％的镍粉末、0.8％～2.0％的铁粉末和0.1％的钴粉末混合均匀，得混合粉末A；二、将混合粉末A在100～400MPa成型压力条件下制坯料，使坯料的相对密度为75％～85％；三、将坯料在氢气氛围中加热至1400～1600℃，烧结30～150min；四、按重量百分比取75.0％～80.0％的石墨和20.0％～25.0％的玻璃粉，然后以60r/min速率混粉24～30h，得混合粉末B；五、将混合粉末B在200～900MPa成型压力条件下制润滑介质，使润滑介质的相对密度为35％～85％；六、将润滑介质加热至200～1000℃，并将步骤三中所得坯料加热至500～1400℃，然后将坯料与润滑介质放入带有润滑剂的模具型腔中，在挤压力为800～1600MPa、压头速度为20～24mm/s、挤压3～10s，即得高比重钨合金材料；其中步骤六中坯料与润滑介质按质量比2～2.5∶1放入。

本发明得到的高比重钨合金材料在500～1400℃温度范围内均成功进行了大变形的热挤压，经测得变形量可达70％～75％，抗拉强度为1420～1580MPa，延伸率6％～16％，硬度HRC45～48并可实现无残料挤压，生产效率高。同时可大幅度提高挤出高比重钨合金材料长细比，高比重钨合金材料长细比可达30以上。

本发明制备方法简单，挤压变形工艺在1000～1400℃温度内就可以实现，抗力低使设备吨位降低；挤压及脱模过程在几秒内即可完成，对模具密封情况没有严格要求且生产成本低，原材料市场可购得。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式高比重钨合金材料按重量百分比由93.0％～97.0％的钨粉末、2.1％～4.9％的镍粉末、0.8％～2.0％的铁粉末和0.1％的钴粉末制成。

具体实施方式二：本实施方式高比重钨合金材料按重量百分比由93.5％～95.5％的钨粉末、3.1％～4.6％的镍粉末、1.2％～1.8％的铁粉末和0.1％的钴粉末制成。

具体实施方式三：本实施方式高比重钨合金材料按重量百分比由93％的钨粉末、4.9％的镍粉末、2.0％的铁粉末和0.1％的钴粉末制成。

具体实施方式四：本实施方式高比重钨合金材料按重量百分比由95％的钨粉末、3.6％的镍粉末、1.3％的铁粉末和0.1％的钴粉末制成。

具体实施方式五：本实施方式高比重钨合金材料按重量百分比由97％的钨粉末、2.1％的镍粉末、0.8％的铁粉末和0.1％的钴粉末制成。

具体实施方式六：本实施方式制备高比重钨合金材料的方法按以下步骤实现：一、按重量百分比取93.0％～97.0％的钨粉末、2.1％～4.9％的镍粉末、0.8％～2.0％的铁粉末和0.1％的钴粉末混合均匀，得混合粉末A；二、将混合粉末A在100～400MPa成型压力条件下制坯料，使坯料的相对密度为75％～85％；三、将坯料在氢气氛围中加热至1400～1600℃，烧结30～150min；四、按重量百分比取75.0％～80.0％的石墨和20.0％～25.0％的玻璃粉，然后以60r/min速率混粉24～30h，得混合粉末B；五、将混合粉末B在200～900MPa成型压力条件下制润滑介质，使润滑介质的相对密度为35％～85％；六、将润滑介质加热至200～1000℃，并将步骤三中所得坯料加热至500～1400℃，然后将坯料与润滑介质放入带有润滑剂的模具型腔中，在挤压力为800～1600MPa、压头速度为20～24mm/s、挤压3～10s，即得高比重钨合金材料；其中步骤六中坯料与润滑介质按质量比2～2.5∶1放入。

本实施方式步骤五中润滑介质的动力粘度系数为：2×10³～3×10³Pa·S。

本实施方式步骤六是采用3150KN液压机实现的。

本实施得到的高比重钨合金材料尺寸为

而挤压前坯料的尺寸为

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤一中按重量百分比取93.5％～95.5％的钨粉末、3.1％～4.6％的镍粉末、1.2％～1.8％的铁粉末和0.1％的钴粉末混合均匀。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七的不同点是：步骤一中按重量百分比取95％的钨粉末、3.6％的镍粉末、1.3％的铁粉末和0.1％的钴粉末混合均匀。其它步骤与参数与具体实施方式六或七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤二中将混合粉末A在200～300MPa成型压力条件下制坯料。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六或九的不同点是：步骤二中将混合粉末A在250MPa成型压力条件下制坯料。其它步骤与参数与具体实施方式六或九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤三中氢气的纯度为99.0％。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤三中将坯料在氢气氛围中加热至1500℃。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤三中烧结时间为40～80min。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤四中按重量百分比取78.0％的石墨和22.0％的玻璃粉。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式六或十四的不同点是：步骤四中玻璃粉按质量百分比由30％的SiO₂、7.4％的Al₂O₃、37％的B₂O₃、2.5的MgO、4.8％的CaO、14.5％的Na₂O和3.8％K₂O组成。其它步骤与参数与具体实施方式六或十四相同。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤四中混粉时间为28h。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤五中将混合粉末B在300～700MPa成型压力条件下制润滑介质。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式六或十七的不同点是：步骤五中将混合粉末B在500MPa成型压力条件下制润滑介质。其它步骤与参数与具体实施方式六或十七相同。

具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤六中将润滑介质加热至600℃。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤六中将坯料加热至1000℃。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤六中润滑剂为石墨乳。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤六中挤压力为1200Mpa。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤六中压头速度为22mm/s。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤六中挤压时间为6s。其它步骤与参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式二十五：本实施方式制备高比重钨合金材料的方法按以下步骤实现：一、按重量百分比取93.0％的钨粉末、4.9％的镍粉末、2.0％的铁粉末和0.1％的钴粉末混合均匀，得混合粉末A；二、将混合粉末A在400MPa成型压力条件下制坯料，使坯料的相对密度为75％～85％；三、将坯料在纯度为99.0％的氢气氛围中加热至1400℃，烧结60min；四、按重量百分比取78.0％的石墨和22.0％的玻璃粉，然后以60r/min速率混粉26h，得混合粉末B；五、将混合粉末B在600MPa成型压力条件下制润滑介质，使润滑介质的相对密度为35％～85％；六、将润滑介质加热至800℃并将坯料加热至1400℃，然后将坯料与坯料润滑介质放入带有石墨乳的模具型腔中，在挤压力为1400Mpa、压头速度为22mm/s、挤压8s，即得高比重钨合金材料；其中步骤六中坯料与润滑介质按质量比2∶1放入。

本实施方式得到的高比重钨合金材料成分为93W-4.9Ni-2.0Fe-0.1Co。

本实施方式得到的高比重钨合金材料在800℃～1400℃温度范围内成功进行了大变形的热挤压并实现了无残料挤压，经测得变形量可达75％，抗拉强度为1580MPa，延伸率14％，硬度HRC48，长细比可达30以上，生产效率高。

具体实施方式二十六：本实施方式制备高比重钨合金材料的方法按以下步骤实现：一、按重量百分比取95.0％的钨粉末、3.6％的镍粉末、1.3％的铁粉末和0.1％的钴粉末混合均匀，得混合粉末A；二、将混合粉末A在400MPa成型压力条件下制坯料，使坯料的相对密度为75％～85％；三、将坯料在纯度为99.0％的氢气氛围中加热至1500℃，烧结60min；四、按重量百分比取78.0％的石墨和22.0％的玻璃粉，然后以60r/min速率混粉27h，得混合粉末B；五、将混合粉末B在600MPa成型压力条件下制润滑介质，使润滑介质的相对密度为35％～85％；六、将润滑介质加热至900℃并将坯料加热至1400℃，然后将坯料与坯料润滑介质放入带有石墨乳的模具型腔中，在挤压力为1400Mpa、压头速度为22mm/s、挤压8s，即得高比重钨合金材料；其中步骤六中坯料与润滑介质按质量比2∶1放入。

本实施方式得到的高比重钨合金材料成分为95W-3.6Ni-1.3Fe-0.1Co。

本实施方式得到的高比重钨合金材料在900℃～1400℃温度范围内成功进行了大变形的热挤压并实现了无残料挤压，经测得变形量可达72％，抗拉强度为1470MPa，延伸率为15％，硬度HRC为48，长细比可达30以上，生产效率高。

Claims

1、一种高比重钨合金材料，其特征在于高比重钨合金材料按重量百分比由93.0％～97.0％的钨粉末、2.1％～4.9％的镍粉末、0.8％～2.0％的铁粉末和0.1％的钴粉末制成。

2、根据权利要求1所述的一种高比重钨合金材料，其特征在于高比重钨合金材料按重量百分比由93.5％～95.5％的钨粉末、3.1％～4.6％的镍粉末、1.2％～1.8％的铁粉末和0.1％的钴粉末制成。

3、根据权利要求1所述的一种高比重钨合金材料，其特征在于高比重钨合金材料按重量百分比由95.0％的钨粉末、3.6％的镍粉末、1.3％的铁粉末和0.1％的钴粉末制成。

4、制备如权利要求1所述的一种高比重钨合金材料的方法，其特征在于制备高比重钨合金材料的方法按以下步骤实现：一、按重量百分比取93.0％～97.0％的钨粉末、2.1％～4.9％的镍粉末、0.8％～2.0％的铁粉末和0.1％的钴粉末混合均匀，得混合粉末A；二、将混合粉末A在100～400MPa成型压力条件下制坯料，使坯料的相对密度为75％～85％；三、将坯料在氢气氛围中加热至1400～1600℃，烧结30～150min；四、按重量百分比取75.0％～80.0％的石墨和20.0％～25.0％的玻璃粉，然后以60r/min速率混粉24～30h，得混合粉末B；五、将混合粉末B在200～900MPa成型压力条件下制润滑介质，使润滑介质的相对密度为35％～85％；六、将润滑介质加热至200～1000℃，并将步骤三中所得坯料加热至500～1400℃，然后将坯料与润滑介质放入带有润滑剂的模具型腔中，在挤压力为800～1600MPa、压头速度为20～24mm/s、挤压3～10s，即得高比重钨合金材料；其中步骤六中坯料与润滑介质按质量比2～2.5：1放入。

5、根据权利要求4所述的制备一种高比重钨合金材料的方法，其特征在于步骤一中按重量百分比取93.5％～95.5％的钨粉末、3.1％～4.6％的镍粉末、1.2％～1.8％的铁粉末和0.1％的钴粉末混合均匀。

6、根据权利要求4所述的制备一种高比重钨合金材料的方法，其特征在于步骤三中氢气的纯度为99.0％。

7、根据权利要求4所述的制备一种高比重钨合金材料的方法，其特征在于步骤四中按重量百分比取78.0％的石墨和22.0％的玻璃粉。

8、根据权利要求4或7所述的制备一种高比重钨合金材料的方法，其特征在于步骤四中玻璃粉按质量百分比由30％的SiO₂、7.4％的Al₂O₃、37％的B₂O₃、2.5的MgO、4.8％的CaO、14.5％的Na₂O和3.8％K₂O组成。

9、根据权利要求4所述的制备一种高比重钨合金材料的方法，其特征在于步骤六中润滑剂为石墨乳。