CN101575678B - 一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺，包括以下步骤：一、采用倾斜混料机进行混料；二、冷等静压成型；三、烧结；四、分两个阶段进行淬火，其中第一阶段的淬火温度为1100～1500℃且保温时间为10～50min，第二阶段的淬火温度为25～80℃且保温时间为30～40min；五、真空退火。本生产工艺步骤简单、实施操作简便且所生产的高密度钨合金质量好，能有效改善高密度钨合金的力学性能，主要是能提高高密度钨合金的冲击韧性值及硬度值。

Description

一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其是涉及一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺。
背景技术
高密度钨合金是一类以钨为基(钨的质量分数即钨含量通常为80％～97％)，并添加有Ni、Fe、Co、Cu、Mo、Cr等元素而组成的合金，其密度高达16.5～19.0g/cm3，而被人们通称为高密度钨合金、高比重钨合金、重合金。现有高比重钨合金(或称高密度钨合金)的生产工艺流程为：混料、冷等静压成型、烧结和真空退火，但采用上述工艺所生产的钨合金均存在冲击韧性较差且硬度值不高的缺陷。以含钨量95％的95WNiFe合金及含钨量97％的97WNiFe合金为例，95WNiFe合金的冲击韧性为≤0.27MJ/m2且其洛式硬度值≤25HRC，97WniFe合金的冲击韧性为≤0.10MJ/m2且其洛式硬度值≤28HRC。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺，其生产工艺步骤简单、实施操作简便且所生产的高密度钨合金质量好，能有效改善高密度钨合金的力学性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：
步骤一、混料：根据最终需制备高密度钨合金的成分要求，将预先备好的需进行混合的多种金属粉末同时放入倾斜混料机内进行6～8小时充分均匀混合，获得经充分混合后的混合粉；所述倾斜混料机的倾斜角度为9～13°且转速为20～34rpm；
步骤二、冷等静压成型：采用常规冷等静压成型工艺，对经充分混合后得到的混合粉进行压强为120～170Mpa的冷等静压压制且压制时间为1～6min，制得粉末压坯；
步骤三、烧结：将制得的粉末压坯置于高温烧结炉中且在氨分解气或氢气的保护下进行烧结，制得成分均匀的钨合金烧结坯，其烧结温度为1400～1600℃，烧结保温时间为30～90min，所述氨分解气或氢气的流速为1～4m3/h；
步骤四、淬火：将制得的钨合金烧结坯置于高温淬火炉内进行淬火处理且分两个阶段连续进行，其中第一阶段的淬火温度为1100～1500℃且保温时间为10～50min，第二阶段的淬火温度为25～80℃且保温时间为30～40min；
步骤五、真空退火：将经淬火处理后的钨合金烧结坯放入高温真空炉内进行真空退火，所述高温真空炉的真空度不小于10-1Pa，退火温度为1100～1300℃且退火时间为1～4h，则完成高密度钨合金的整个生产工艺过程。
上述步骤三中所述的高温烧结炉为马弗炉。
上述步骤四中所述的高温淬火炉为马弗炉。
上述步骤二中所述压制时间的最佳时间为2min。
上述步骤五中所述退火时间的的最佳时间为2h。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、生产工艺步骤简单且实施操作简便，采用现有的粉末冶金技术领域中的常规设备即可完成整个高密度钨合金的生产工艺。
2、本生产工艺的工艺状态稳定，且所生产的高密度钨合金性能稳定。
3、所生产的高密度钨合金质量好，能大幅改善高密度钨合金的力学性能，主要是能提高高密度钨合金的冲击韧性值及硬度值，具体是在现有高密度钨合金的生产工艺中增加了淬火工艺，使得经高温烧结后的高密度钨合金烧结坯在急冷过程中，其材料的内部结构发生相变增韧，部分熔解在粘结相中的钨在急冷情况下来不及析出，起到了固熔强化的作用，因而能大幅度提高了钨合金的冲击韧性及硬度值。以含钨量95％的95WNiFe合金及含钨量97％的97WNiFe合金为例，95WNiFe合金的冲击韧性为≥0.40MJ/m2(采用本发明所生产的95WNiFe合金冲击韧性值一般均≥0.60MJ/m2)且其洛式硬度值25～28HRC，97WniFe合金的冲击韧性为≥0.10MJ/m2且其洛式硬度值为28～33HRC。
综上所述，本生产工艺步骤简单、实施操作简便且所生产的高密度钨合金质量好，能有效改善高密度钨合金的力学性能。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明所述的提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺，包括以下步骤：
步骤一、混料：根据最终需制备高密度钨合金的成分要求，具体是95WniFe钨合金的成分要求，将预先备好的需进行混合即制备95WniFe钨合金棒所需用的多种金属粉末，同时放入倾斜混料机内进行6～8小时充分均匀混合，获得经充分混合后的混合粉。所述倾斜混料机的倾斜角度为9～13°且转速为20～34rpm。实际加工制作过程中，根据具体需要，相应对倾斜混料机的倾斜角度和转速进行调整。
步骤二、冷等静压成型：采用常规冷等静压成型工艺，对经充分混合后得到的混合粉进行压强为120～170Mpa的冷等静压压制且压制时间为1～6min，制得粉末压坯。
本步骤中，所述压制时间的最佳时间为2min，即保压2min后即可获得高密度钨合金粉末压坯，实际加工制作过程中，根据具体需要，相应对冷等静压压制的压强和保压时间进行调整。
步骤三、烧结：将制得的粉末压坯置于高温烧结炉中且在氨分解气或氢气的保护下进行烧结，制得成分均匀的钨合金烧结坯，其烧结温度为1400～1600℃，烧结保温时间为30～90min，所述氨分解气或氢气的流速为1～4m3/h。
本步骤中，具体采用马弗炉进行高温烧结，高温烧结过程中，对应马弗炉的推舟速度为5～10mm/min，实际加工制作过程中，根据具体需要，相应对烧结温度和烧结保温时间进行调整。
步骤四、淬火：将制得的钨合金烧结坯置于高温淬火炉内进行淬火处理且分两个阶段连续进行，其中第一阶段的淬火温度为1100～1500℃且保温时间为10～50min，第二阶段的淬火温度为25～80℃且保温时间为30～40min。本步骤中，具体采用马弗炉进行高温淬火，且相应分前后两个阶段进行阶段性淬火处理，实际加工制作过程中，根据具体需要，相应分别两个阶段的淬火温度和保温时间进行调整。
步骤五、真空退火：将经淬火处理后的钨合金烧结坯放入高温真空炉内进行真空退火，所述高温真空炉的真空度不小于10-1Pa，退火温度为1100～1300℃且退火时间为1～4h，则完成高密度钨合金的整个生产工艺过程，制得95WniFe钨合金棒。
本步骤中，所述退火时间的的最佳时间为2h，即在真空退火时，将退火时间调整至2h，实际加工制作过程中，根据具体需要，相应对退火温度和退火时间进行调整。
经试验测定，所生产的95WniFe钨合金棒的冲击韧性值为0.70MJ/m2，且其洛式硬度值27HRC。
实施例2
本实施例中，与实施例1不同的是：最终需制备的高密度钨合金为97WniFe钨合金棒，因而在步骤一中进行混料时，则按照97WniFe钨合金的成分要求进行配料，其余工艺步骤均与实施例相同。
经试验测定，所生产的95WniFe钨合金棒的冲击韧性为0.12MJ/m2且其洛式硬度值为32HRC。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：
步骤一、混料：根据最终需制备高密度钨合金的成分要求，将预先备好的需进行混合的多种金属粉末同时放入倾斜混料机内进行6～8小时充分均匀混合，获得经充分混合后的混合粉；所述倾斜混料机的倾斜角度为9～13°且转速为20～34rpm；
步骤二、冷等静压成型：采用常规冷等静压成型工艺，对经充分混合后得到的混合粉进行压强为120～170MPa的冷等静压压制且压制时间为1～6min，制得粉末压坯；
步骤三、烧结：将制得的粉末压坯置于高温烧结炉中且在氨分解气或氢气的保护下进行烧结，制得成分均匀的钨合金烧结坯，其烧结温度为1400～1600℃，烧结保温时间为30～90min，所述氨分解气或氢气的流速为1～4m3/h；
步骤四、淬火：将制得的钨合金烧结坯置于高温淬火炉内进行淬火处理且分两个阶段连续进行，其中第一阶段的淬火温度为1100～1500℃且保温时间为10～50min，第二阶段的淬火温度为25～80℃且保温时间为30～40min；
步骤五、真空退火：将经淬火处理后的钨合金烧结坯放入高温真空炉内进行真空退火，所述高温真空炉的真空度不小于10-1Pa，退火温度为1100～1300℃且退火时间为1～4h，则完成高密度钨合金的整个生产工艺过程。
2.按照权利要求1所述的一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺，其特征在于：步骤三中所述的高温烧结炉为马弗炉。
3.按照权利要求1或2所述的一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺，其特征在于：步骤四中所述的高温淬火炉为马弗炉。
4.按照权利要求1或2所述的一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺，其特征在于：步骤二中所述压制时间为2min。
5.按照权利要求1或2所述的一种提高高密度钨合金力学性能的钨合金生产工艺，其特征在于：步骤五中所述退火时间为2h。
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