CN102389975B - 高比重钨合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了两种高比重钨合金板材的制备方法，一种采用生坯叠烧法，包括（I）混料，（II）压制成型生坯，（III）将多片生坯叠放在一起进行高温液相叠烧工序。另一种采用冷轧坯叠烧法，包括（I）混料，（II）压制成型，（III）液相烧结，（IV）烧结坯冷轧，（V）表面清洁处理，（VI）将经多片冷轧坯叠放在一起进行高温液相叠烧工序。本发明可生产长×宽×厚尺寸最大分别为1000×200×100mm的板材，厚度可根据产品需要调整叠烧片数，其制品性能优于传统模压成型的板材；该方法具有设备简单、操作容易、效率高、成本低等优点，适于大批量生产，适用于钨的质量分数为80～97%的高比重钨镍铁W-Ni-Fe和钨镍铜W-Ni-Cu合金。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其是高比重钨合金板材的制备方法。
背景技术
高比重钨合金是以钨为基体（钨的质量分数通常为80%～97%），添加少量镍、铁、铜、钴、钼、铬等元素，采用液相烧结法制备而成的。高比重钨合金不仅具有高密度（高达16.5～19.0 g/cm3），还具有强度高、硬度高、热膨胀系数小、导热系数大、抗氧化、耐腐蚀、机械加工性能好、良好的塑性和良好的射线吸收能力（比铅高30～40%）等优点。因此，高比重钨合金在航空、航天、兵器等军事工业和机械、电器、仪表、冶金、医疗等民用工业得到了广泛的应用。
目前应用的高比重钨合金主要有钨镍铁和钨镍铜系列，主要通过粉末冶金法制备；然而根据产品尺寸形状的不同，其制备工艺也不尽相同。现有技术中，涉及高比重钨合金板材的制备方法较少。中国专利“一种钨基高比重合金薄板的制备方法---CN101983806A”中，通过压制2～4 mm后的坯料，烧结成板坯后轧制到0.1～1.5 mm的薄板；由于板坯采用模压压制成型，受模具尺寸的限制，该方法只能适合尺寸较小的薄板加工，而对长度较长、厚度大于2 mm以上的板材则无能为力。另一篇中国专利“钨基高比重合金薄板的制备方法--- CN101069944”采用粉末轧制法制备厚度为1～3 mm的生坯，烧结后冷轧加工成薄板；该方法也无法实现厚度超过3 mm的板材加工。
对于较厚的高比重钨合金板材（厚度2～100 mm），目前生产中通常采用模压成型，经过烧结后，或采用热轧或直接机械加工成所需尺寸的板材。热轧厚板材除需要相应的大辊径轧制设备外，轧制过程中也容易产生开裂和表面氧化等问题；而烧结坯料直接机械加工出的制品则存在致密度和力学性能不理想的问题。因此，制备较大尺寸的高比重钨合金板材技术尚存在较大的问题。
发明内容
本申请人针对上述制备较大尺寸的高比重钨合金板材存在质量问题等缺点，提供一种高比重钨合金板材的制备方法，从而可以制备较厚尺寸的高比重钨合金板材。
本发明所采用的技术方案如下：
一种高比重钨合金板材的制备方法，采用生坯叠烧法，包括（I）混料，（II）压制成型生坯，（III）将多片生坯叠放在一起进行高温液相叠烧工序。
一种高比重钨合金板材的制备方法，采用冷轧坯叠烧法，包括（I）混料，（II）压制成型，（III）液相烧结，（IV）烧结坯冷轧，（V）表面清洁处理，（VI）将经多片冷轧坯叠放在一起进行高温液相叠烧工序。
其进一步特征在于：在进行多片生坯或冷轧坯叠放时层间不能掺杂固态杂质。
所述高比重钨合金包括钨的质量百分比为80%～97%的钨镍铁和钨镍铜合金。
所述高温液相叠烧工序采用氢气保护的高温烧结炉，在烧结舟中叠放多片生坯或冷轧坯，在1400～1500℃下烧结1～2小时。
所述生坯或冷轧坯的厚度为0.6～3mm，堆叠层数为2～20层。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的两种途径的高比重钨合金板材的制备方法，方法一采用压力加工提高生坯的密度，然后对生坯进行叠烧，获得高致密度的较大尺寸的高比重钨合金板材；方法二对生坯烧结后进行冷轧，以提高合金的致密度和力学性能，然后采用冷轧坯叠烧的方法来获得较大尺寸的高比重钨合金板材。本发明可生产长×宽×厚尺寸最大分别为1000×200×100 mm的板材，厚度可根据产品需要调整叠烧片数，其制品性能优于传统模压成型的板材；该方法具有设备简单、操作容易、效率高、成本低等优点，适于大批量生产，适用于钨的质量分数为80～97%的高比重钨镍铁W-Ni-Fe和钨镍铜W-Ni-Cu合金。
附图说明
图1为本发明实施例1的金相图。
图2为本发明实施例2的金相图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
本发明所述的高比重钨合金板材的制备方法包括以下两种：
方法一为生坯叠烧法：包括混料、生坯成型、液相叠烧等工序，其特征在于它是将多片生坯叠放在一起进行高温液相叠烧，烧结过程中通过液相流动和固相颗粒重排、固相溶解和再析出等阶段，使生坯之间紧密结合，无缝隙和单一的黏结相层。由于采用粉轧成型的方法制备的坯料厚度较薄（0.5～3 mm），密度优于模压成型的厚坯，其烧结坯的密度要高于模压成型的高比重钨合金。因此，本方法采用生坯叠烧的方法同时弥补了模压成型致密度不高和压制成型法不能生产厚板材的不足。
实施例1：90W-Ni-Fe生坯的叠烧
将W、Ni、Fe粉末按照所需比例混合后，粉轧制成尺寸为300×150×2 mm的生坯；将裁减好的长度相当的5片生坯叠放在烧结舟内，生坯之间不能有固态杂质进入；将装好的烧结舟推入氢气保护的高温烧结炉中，在1475 ℃烧结1小时，得到尺寸约为260×130×8 mm的90W-Ni-Fe板材烧结坯。烧结坯的叠烧面金相组织中未观察到缝隙和直线分布的黏结相区（如图1所示），表明层与层之间结合紧密，其相对密度可达99.3%，室温抗拉强度为1300MPa。
实施例2：93W-Ni-Cu生坯的叠烧
将W、Ni、Cu粉末按照所需比例混合后，粉轧制成尺寸为200×100×1.5 mm的生坯；将裁减好的长度相当的10片生坯叠放在烧结舟内，生坯之间不能有固态杂质进入；将装好的烧结舟推入氢气保护的高温烧结炉中，在1200 ℃预烧后再在1450 ℃烧结1小时，得到尺寸约为170×85×12 mm的93W-Ni-Cu板材烧结坯。烧结坯的叠烧面金相组织中未观察到缝隙和直线分布的黏结相区（如图2所示），表明层与层之间结合紧密，其相对密度可达98.6%。HRC达35。
方法二为冷轧坯叠烧法：主要包括混料、压制成型、液相烧结、烧结坯冷轧、表面清洁处理、冷轧坯液相叠烧等工序，其特征在于将生坯烧结后进行冷轧，然后将经过表面除油的多片冷轧坯叠放在一起进行高温液相叠烧。烧结过程中通过液相流动和固相颗粒重排、固相溶解和再析出等阶段，使冷轧坯之间紧密结合，无缝隙和单一的黏结相层。由于叠烧前坯料经过了冷变形加工，其致密度和力学性能均得到显著的提高。因此，本方法采用冷轧坯叠烧的方法可以制备出高致密度、高力学性能的高比重钨合金板材，且板材的厚度可根据需要进行调节控制。
实施例3：93W-Ni-Fe冷轧坯的叠烧
将W、Ni、Fe粉末按照所需比例混合后，粉轧制成尺寸为500×150×3 mm的生坯。经过高温液相烧结后，将烧结坯冷轧并切割成尺寸约为600×110×1.5 mm的板材，将冷轧板坯表面除油处理后烘干，叠放于烧结舟中，叠放数量为20层，冷轧板之间不能有固态杂质进入。将装好料的烧结舟推入氢气保护的高温烧结炉中，在1500 ℃下烧结1小时，得到尺寸约为600×110×30 mm的板材烧结坯。对烧结坯进行截面金相观察，在叠烧面上未观察到缝隙和直线分布的黏结相区域，表明叠烧层与层之间结合紧密，该烧结坯已近全致密，室温抗拉强度为1340 MPa。
实施例4：95W-Ni-Cu冷轧坯的叠烧
将W、Ni、Cu粉末按照所需比例混合后，粉轧制成尺寸为500×100×3 mm的生坯。经1450 ℃烧结1小时，将烧结坯冷轧并切割成尺寸约为550×70×1.5 mm的板材，将冷轧板坯表面除油处理后烘干，然后叠放于烧结舟中，叠放数量为10层，冷轧板之间不能有固态杂质进入。将装好料的烧结舟推入氢气保护的高温烧结炉中，在1430 ℃下烧结1小时，得到尺寸约为550×70×15 mm的板材烧结坯。对烧结坯进行截面金相观察，在腐蚀前后的叠烧面上均未观察到缝隙和直线分布的黏结相区域，表明叠烧层与层之间结合紧密，该叠烧坯的相对密度近全致密，HRC为39。
Claims (1)
1.一种高比重钨合金板材的制备方法，采用冷轧坯叠烧法，包括（I）混料，（II）压制成型，（III）液相烧结，（IV）烧结坯冷轧，（V）表面清洁处理，其特征在于还包括：（VI）将经多片冷轧坯叠放在一起进行高温液相叠烧工序；
所述高温液相叠烧工序采用氢气保护的高温烧结炉，在烧结舟中叠放多片冷轧坯，在1400～1500℃下烧结1～2小时；
所述冷轧坯的厚度为0.6～3mm，堆叠层数为10～20层。
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