CN102717078A - 一种高密度高性能钨合金旋锻棒工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高密度高性能钨合金旋锻棒的生产工艺；包括以下步骤：一、混料，二、等静压成型，三、真空脱应力，四、氢气加湿烧结，五、高真空脱氢，六、高温盐浴淬火，七、大变量旋锻，八、时效；按照该工艺下生产的高比重钨合金旋锻棒具有强度高、韧性高、性能稳定。采用该工艺可实现大批量连续化生产，生产效率高，质量高，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种高密度高性能钨合金旋锻棒工艺。
背景技术
钨基高比重合金具有较高的密度、强度和硬度、优良的导电导热性能、很好的耐腐蚀、抗氧化性，以及良好的机械加工和焊接性能等优异的力学性能和使用性能，而被广泛应用于航空航天、军事上的穿甲弹弹芯和民用工业中石油加重杆。
传统的高比重合金棒采取传统的粉末冶金方法制得，即权利要求书（1）中~（4），再加上真空热处理过程，以及后续的机加工才能得到所需尺寸的杆材。该种杆材由于受传统工艺所限，合金残余孔隙度较高，力学性能较差。为了提高合金性能，此时需要反复热处理，从而造成在大批生产过程中，成本增加、交货期延长。另外产品尺寸与成品要求尺寸偏差大，需要后续的机加工，造成材料利用率低。
发明目的
本发明的目的就是在于将传统的粉末冶金高比重合金的方法中，加入大变量旋锻与特殊烧结，盐浴淬火，还有时效，从而有效的减少合金中的孔隙，提高合金致密度,形变加工后出现大量的位错，提高合金的强度，这样使合金具有更均匀的显微组织和更好的力学性能。该方法效率高、成本低、材料利用率高，适于大批量的生产。
发明内容
本发明的工艺路线是：⑴混料：按照所需工艺要求的各成分比例称取一定量的W粉与其它合金粉末，置于混料机内混合均匀；⑵成型：将粉末放于一定规格的软模中，冷等静压成型。⑶真空高温消除应力；⑷氢气高温加湿液相烧结。⑸高真空脱氢 ⑹高温盐浴淬火⑺大变量旋锻；（8）时效。
本发明在为了保证在旋锻前坯料的性能，采用了氢气高温加湿工艺，将炉内氢气露点提到+10~+20.℃。燃烧后，通过高真空在700~1200℃左右，将产品内部残留氢气脱出，防止氢脆。
在产品旋锻前进行内部晶体细化，特采用1050-1300度高温盐浴2-5小时，然后急剧冷却。
为了获得低孔隙、致密度高、组织结构均匀、力学性能更好的高密度合金，本发明实行了旋锻+时效工艺，为了实现有效的旋锻，本发明选择温锻工艺，这也是本发明的特征所在之处。
本发明是将烧结好的棒材先加热至200~400℃，再置于装有一定规格模具或型腔模具下的旋锻机下进行旋锻，就可获得一定规格的棒材。旋锻后，其变形量5%~40%。
将型锻好的杆材进行时效处理，是本发明的另一特征所在之处。旋锻后的棒材置于200~600℃温度下，时效0.5~3小时
具体实施方式进行新工艺与传统工艺对比
实施例1(新工艺)
混料：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其他合金粉末进行称重配料，其比例W90%（90kg）：Ni6%(6kg):Fe4%(4kg)并8小时均匀混合。得到100kg混合料。
成型：
将100kg混合料粉末放于软模中，软模尺寸为φ53X 557mm在2000MPa压力下冷等静压成型压制φ44.8X472mm的棒材10支。
消除应力：
将等静压成型的φ44.8X472mm10支棒材放在真空保护下炉内，在700℃的温度5小时下消除内部因等静压产生的应力。
高温氢气加湿烧结：
将已消除应力的10支棒材，置于氢气保护下于1450℃下进行4小时的高温液相烧结。同时将氢气的露点提高到+15℃。烧结后10支棒材尺寸收缩到了φ38X400mm
脱氢：
高温烧结后φ38X400mm10支棒材放入真空炉为3X10-3pa的高真空下，温度在700℃保温4小时。
盐浴淬火：
将脱氢后的φ38X400mm10支棒材放入1100℃的盐浴炉内3小时，然后在10秒内放入冷水淬火。
大变量旋锻：
将烧结好φ38X400mm的棒材先加热至300℃，再置于装有φ30规格模具或型腔模具下的旋锻机下进行温锻，就可获得φ32 X 460mm的棒材,其外径变形量大约15%。
时效：
旋锻后的φ32 X 460mm10支棒材置于400℃温度下，时效2小时。
检测：
最后将产品进行密度，抗拉强度，延伸率，硬度，金相，冲击功检测（结果附图）。
实施例2(传统工艺)
混料：按拟制备合金材料的成分百分比要求，将钨及其他合金粉末进行称重配料，其比例W90%（90kg）：Ni6%(6kg):Fe4%(4kg)并12小时均匀混合。得到100kg混合料。
掺成型剂：将混合均匀的合金粉末，掺入1%的石蜡粘结剂，烘干并过40~80目筛网过筛。
成型：将的粉末放于钢模中模具尺寸φ46.7X 492mm，在一定压制压力下压制φ46.7X 492mm的棒材10支。
脱除成型：将掺有成型剂的10支φ46.7X 492mm棒材放在氢气保护气氛下，在900℃下脱除成型。
高温烧结：将已脱除成型剂的10支φ46.7X 492mm棒材，置于氢气保护下， 1450℃进行4小时的高温烧结。烧结后10支棒材尺寸收缩到了φ38X400mm。
机械加工：将φ38X400mm棒材热整型后加工到合格产品。得到φ36X390mm棒材。
检测：
最后将产品进行密度，抗拉强度，延伸率，硬度，金相，冲击功检测（图1是检查结果）。
金相图片： （图2是传统工艺 ） （图3是新工艺）。
通过实验可以证明：
新工艺主要是在传统工艺方面引入新的技术，如湿氢烧结，等静压成型，高真空脱氢，高温真空回火时效，盐浴淬火，大变量旋锻等工序，达到效率高、成本低、材料利用率高等优点，而且从金相图片可以看出来旋锻以后的产品内部结构已经由原来的圆形变成了椭圆形，明显孔隙度小于传统工艺生产出来的产品。统工艺采用模压成型，需要在原材料里面加入成型剂，成型以后又要脱除成型剂，并且产品要预留很大的加工余量，最终成品需要经高温整型后，才能上车床，最后才上无心磨。新工艺省去这些工序，旋锻后直接上无心磨且余量小。
Claims (15)
1.混料：按照所需工艺要求的各成分比例称取一定量的W粉与其它合金粉末，并置于混料机内进行混合均匀。
2.成型：将步骤（1）中的粉末直接置于一定规格的软模下，再冷等静压成型。
3.除应力：将（2）等静压成型的棒材放在真空保护下炉内，消除内部因等静压产生的应力。
4.高温氢气加湿烧结：将已消除应力的（3）棒材，置于加湿氢气保护下于高温液相烧结。
5.脱氢：将（4）烧结后产品放入真空炉为高真空下，高温脱氢。
6.盐浴淬火：将脱氢后（5）的棒材放入盐浴炉，然后再急剧冷却淬火。
7.大变量旋锻：将淬火后（6）的棒材先加热，再置于装有一定规格模具或型腔模具下的旋锻机下进行温锻。
8.时效：旋锻后（7）棒材置于一定温度下，进行时效。
9.按照步骤所述的一种高密度高性能钨合金旋锻棒工艺，其特征在于：步骤（1）所述合金粉末其比例W80%-97%：Ni1%-10%:Fe1%-10%并置于混料机内进行8~24小时的混合。
10.按照步骤所述的一种高密度高性能钨合金旋锻棒工艺，其特征在于：步骤（3）所述置于真空保护下炉内，在700℃-100℃的温度3-10小时下消除内部因等静压产生的应力。
11.按照步骤所述的一种高密度高性能钨合金旋锻棒工艺，其特征在于：步骤（4）所述置于氢气保护下于1400~1580℃下进行1~6小时的高温液相烧结，
同时将氢气的露点提高到+10~+20.℃。
12.按照步骤所述的一种高密度高性能钨合金旋锻棒工艺，其特征在于：步骤（5）所述置于真空炉为3X10-3pa的高真空下，温度在700-1200℃保温3-10小时。
13.按照步骤所述的一种高密度高性能钨合金旋锻棒工艺，其特征在于：步骤（6）所述置于放入1100℃-1300℃的盐浴炉内2-5小时，然后在5-10秒内放入冷水淬火。
14.按照步骤所述的一种高密度高性能钨合金旋锻棒工艺，其特征在于：步骤（7）所述置于棒材先加热至200℃-700℃，再置于装有一定规格模具或型腔模具下的旋锻机下进行温锻，其变形量为5%-40%。
15.按照步骤所述的一种高密度高性能钨合金旋锻棒工艺，其特征在于：步骤（8）所述旋锻后的棒材置于200~600℃温度下，时效0.5~3小时。
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