CN102492863A - 一种高钨含量钨合金的电弧熔炼方法 - Google Patents

一种高钨含量钨合金的电弧熔炼方法 Download PDF

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Abstract

一种高钨含量钨合金的电弧熔炼方法，其特征在于包括如下步骤：①对钨粉原料进行压坯，得到坯料；②将坯料破碎成钨粉压坯颗粒③钨粉压坯颗粒与其他金属材料混合，钨粉压坯颗粒添加重量配比为0.1％～40％；④然后经过至少二次真空电弧熔炼获得成分均匀的高钨含量钨合金铸锭。采用本发明的制备方法最高获得钨含量可高达40％的成分均匀、无偏析、无夹杂的高钨含量合金。

Description

一种高钨含量钨合金的电弧熔炼方法
技术领域
本发明涉及一种钨合金的制备方法。
背景技术
钨是一种非常重要的有色金属，它具有密度高、强度大等一系列特性，通常被用于配重材料、屏蔽材料以及军用战斗部材料，在医疗、工程机械、五金工具、军事、航天等领域应用范围广阔。钨钛合金是一种重要的冶金添加剂，主要用于制造高硬度高强度的钨钢、含钨高温钛合金等。而含有钨的锆合金由于具有较好的纵火能力也在军事领域有较广阔的应用前景。
传统制备钨合金(如钨钛、钨锆)的方法主要有非自耗电弧熔炼法和自耗电弧熔炼法两种。这两种方法均是以电弧作为热源，将钨和钛、锆熔化形成合金。在这两种方法中，作为原材料的钨主要有钨粉和纯钨屑两类。无论是采用钨粉还是钨屑，均是将其与海绵钛机械混合，直接用于电弧熔炼的原材料。
钨屑是毫米尺度的、已经形成致密组织的纯钨块体，钨屑在电弧熔炼过程中，只有接近电弧中心附近的钨屑才能达到熔点而熔化，而由于比表面积小，也只有表面的一层钨可以快速与周围的钛、锆形成合金。当混合原料中钨含量高于10％以后，电弧熔炼过程常常难以保障所有钨屑的完全熔化并进而形成高钨含量的合金，而在原纯钨块体中心也常常残留有未合金化的钨粒，这直接导致熔炼获得的合金成分不均匀。
而钨粉则由粒度只有几个微米的极小颗粒构成，而当采用钨粉为原料时，由于钨粉松装密度低，超过10％后体积将很大，在电弧熔炼过程中极易被电弧压力吹飞，导致合金中钨含量大幅度降低。因此，采用传统方法很难获得钨含量高于10％的、均匀的钨钛、钨锆合金，至于钨含量高达40％的合金更将无法成功制备。
如申请为201010293141.9的中国发明专利申请公开《一种含钨钛合金的熔炼方法》(公开号为CN101967569A)，该申请公开了一种采用在颗粒状或屑状钛合金原材料混料时加入0.1％～10％的钨粉，然后经多次真空自耗电弧熔炼获得成分均匀含钨钛合金铸锭的方法。其局限性表现在只能制备钨含量低于10％的钨钛合金，对于更高钨含量的钛合金则无能为力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种高钨含量钨合金的电弧熔炼方法，钨含量可达到10％以上，最高可达40％。
本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种成分均匀、无偏析、无夹杂高钨含量钨合金的电弧熔炼方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高钨含量钨合金的电弧熔炼方法，其特征在于包括如下步骤：
①对钨粉原料进行压坯，得到坯料；
②将坯料破碎成钨粉压坯颗粒；
③钨粉压坯颗粒与其他金属材料混合，钨粉压坯颗粒添加重量配比为0.1％～40％；
④然后经过至少二次真空电弧熔炼获得成分均匀的高钨含量钨合金铸锭。
进一步，步骤①中压坯时的成型压力为50Mpa～1000Mpa。
进一步，步骤②中钨粉压坯颗粒大小为0.1mm～5mm。
步骤③中的他金属材料可以是海绵钛、海绵锆或海绵钛和海绵锆混合料，对应地，步骤④中电弧熔炼后得到的可以是高钨含量钨钛合金铸锭、高钨含量钨锆合金铸锭或高钨含量钨钛锆合金铸锭。
进一步，步骤④中的电弧熔炼中每次熔炼后要求铸锭冷却到不超过200℃时出炉。
步骤④中的电弧熔炼可以是真空自耗电弧熔炼或真空非自耗电弧熔炼。
与现有技术相比，本发明的优点在于：钨粉原料进行预压坯并破碎的方法，改善钨粉原料与其他金属原料在熔炼过程中的分布状态。一方面，预压坯钨粉可以大幅度减少钨粉原料的体积，解决大比例钨粉原料难以与海绵钛等原料混合的难题，另一方面，钨粉原料与其他金属原料的结合形式得到了改善，使得电弧重熔过程中疏松的钨粉坯料可以迅速熔化并与周围的钛、锆形成合金，并结合电弧熔炼，熔炼过程疏松的钨粉压坯熔化迅速，与周围合金元素冶金反应也进行的很完全，进而获得成分均匀的高钨含量钨合金铸锭，最高获得钨含量可高达40％的成分均匀、无偏析、无夹杂的高钨含量合金。
附图说明
图1为实施例1中Ti-10W合金的金相组织显微照片。
图2为实施例3中Zr-30W合金的金相组织显微照片。
图3为实施例3中Ti-5Zr-40W合金的金相组织显微照片。
图4为实施例3中Zr-5Ti-15W合金的金相组织显微照片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
下面通过一些实施例做进一步详细描述：
实施例1：
Ti-10W合金的制备方法具体如下：
(1)钨粉压坯
将原料钨粉在压机上压制成钨粉压坯，成形压力50MPa。
(2)钨粉压坯破碎
将上一步制备的钨粉压坯破碎成0.1mm～5mm之间粒度的钨粉压坯颗粒。
(3)配料
采用上一步制得的钨粉压坯颗粒和海绵钛为原料，按重量百分比混料200g，其中钨粉压坯颗粒10％、其余为海绵钛。
(4)真空电弧熔炼
将配好的原料放入坩埚中，采用通常的真空非自耗电弧熔炼工艺进行2次熔炼获得铸锭，每次熔炼后铸锭冷却到200℃以下出炉。出炉后即可得到本发明制得的高钨含量钨钛合金(即Ti-10W)。
将以上制得的产品用车床切去表皮，在铸锭头部、中部及底部分别取块状和屑状试样进行成分分析，分析结果表明钨在合金中的成分均匀(如图1所示)。
实施例2：
Zr-30W合金的制备方法具体如下：
(1)钨粉压坯
将原料钨粉在压机上压制成钨粉压坯，成形压力500MPa。
(2)钨粉压坯破碎
将上一步制备的钨粉压坯破碎成0.1mm～5mm之间粒度的钨粉压坯颗粒。
(3)配料
采用上一步制得的钨粉压坯颗粒和海绵锆为原料，按重量百分比混料200g，其中钨粉压坯颗粒30％、其余为海绵锆。
(4)真空电弧熔炼
将配好的原料放入坩埚中，采用通常的真空非自耗电弧熔炼工艺进行3次熔炼获得铸锭，每次熔炼后铸锭冷却到200℃以下出炉。出炉后即可得到本发明制得的高钨含量钨锆合金(即Zr-30W)。
将以上制得的产品用车床切去表皮，在铸锭头部、中部及底部分别取块状和屑状试样进行成分分析，分析结果表明钨在合金中的成分均匀(如图2所示)。
实施例3：
Ti-5Zr-40W合金的制备方法具体如下：
(1)钨粉压坯
将原料钨粉在压机上压制成钨粉压坯，成形压力1000MPa。
(2)钨粉压坯破碎
将上一步制备的钨粉压坯破碎成0.1mm～5mm之间粒度的钨粉压坯颗粒。
(3)配料
采用上一步制得的钨粉压坯颗粒和海绵钛、海绵锆为原料，按重量百分比混料200g，其中钨粉压坯颗粒40％、海绵锆5％、其余为海绵钛。
(4)真空电弧熔炼
将配好的原料放入坩埚中，采用通常的真空非自耗电弧熔炼工艺进行3次熔炼获得铸锭，每次熔炼后铸锭冷却到200℃以下出炉。出炉后即可得到本发明制得的高钨含量钨钛合金(即Ti-5Zr-40W)。
将以上制得的产品用车床切去表皮，在铸锭头部、中部及底部分别取块状和屑状试样进行成分分析，分析结果表明钨在合金中的成分均匀(如图3所示)。
实施例4：
Zr-5Ti-15W合金的制备方法具体如下：
(1)钨粉压坯
将原料钨粉在压机上压制成钨粉压坯，成形压力500MPa。
(2)钨粉压坯破碎
将上一步制备的钨粉压坯破碎成0.1mm～5mm之间粒度的钨粉压坯颗粒。
(3)配料
采用上一步制得的钨粉压坯颗粒和海绵钛为原料，按重量百分比混料10Kg，其中钨粉压坯颗粒15％、海绵钛5％、其余为海绵锆。
(4)真空电弧熔炼
将配好的原料焊接成电极，采用通常的真空自耗电弧熔炼工艺进行3次熔炼获得铸锭，每次熔炼后铸锭冷却到200℃以下出炉。出炉后即可得到本发明制得的高钨含量钨钛合金(即Zr-5Ti-15W)。
将以上制得的产品用车床切去表皮，在铸锭头部、中部及底部分别取块状和屑状试样进行成分分析，分析结果表明钨在合金中的成分均匀(如图4所示)。

Claims (6)

1.一种高钨含量钨合金的电弧熔炼方法，其特征在于包括如下步骤：
①对钨粉原料进行压坯，得到坯料；
②将坯料破碎成钨粉压坯颗粒；
③钨粉压坯颗粒与其他金属材料混合，钨粉压坯颗粒添加重量配比为0.1％～40％；
④然后经过至少二次真空电弧熔炼获得成分均匀的高钨含量钨合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤①中压坯时的成型压力为50Mpa～1000Mpa。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤②中钨粉压坯颗粒大小为0.1mm～5mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤③中的他金属材料为海绵钛、海绵锆或海绵钛和海绵锆混合料，对应地，步骤④中电弧熔炼后得到的为高钨含量钨钛合金铸锭、高钨含量钨锆合金铸锭或高钨含量钨钛锆合金铸锭。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤④中的电弧熔炼中每次熔炼后要求铸锭冷却到不超过200℃时出炉。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤④中的电弧熔炼为真空自耗电弧熔炼或真空非自耗电弧熔炼。
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