CN103290296A - 超细晶大尺寸钨棒材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及粉末冶金领域，具体地说是一种钨晶粒超细、性能优越、特别适用于提供大尺寸棒材的超细晶大尺寸钨棒材及其制备方法，其特征在于使用掺杂蓝钨粉末在H2、600-800℃下还原获得掺杂钨粉，掺杂钨粉经冷等静压成形和烧结制得超细晶大尺寸的钨合金，本发明与现有技术相比，钨合金棒材的心部和边部密度均超过19.2g/cm3，断面组织均匀，晶粒尺寸小于10μm，成品棒材直径超过57mm，具有优越的物理、化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，具体地说是一种钨晶粒超细、性能优越、特别适用于提供大尺寸棒材的超细晶大尺寸钨棒材及其制备方法。
背景技术
钨合金因具有高熔点、高硬度、高耐磨性、优良的高温强度和导热导电性能及良好的耐腐蚀性等许多突出的物理、化学性能，被广泛地应用于机械、电子、化工、原子能、军事、航空、航天等众多领域。粉末冶金法制备的钨棒材经高温烧结后的组织容易呈粗大等轴晶结构，此种结构的钨合金在变形时易产生晶界滑动而发生脆性断裂，严重制约其应用。细化钨晶粒组织可以提高钨合金的耐电子轰击性能，细晶钨合金材料己成为当今世界研究的热点之一，其中如何制备超细粉末和控制合金晶粒尺寸是制备高性能细晶钨基合金材料的关键。
添加微量元素制备超细粉末、细化合金组织已成为一个重要研究方向。向钨粉中添加改性元素Si、A1、K，通过K泡强化方式细化晶粒，经制粉、混合、压制、烧结和采用大变形量热机械加工，可以使钨合金获得良好的综合机械性能。
根据近十年的文献检索分析，通过制粉、成形、烧结及后续热加工，虽然可以获得晶粒尺寸较小的钨合金棒材，但是棒材的直径一般小于20mm；通过复压复烧或后续热加工可提高产品的密度，棒材直径可达50mm，但是处理后的合金中，钨晶粒进一步粗化，达20~60μm，这种钨合金棒材不能满足高性能高技术用途材料的要求。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种工艺合理、性能优越、特别适用于提供大尺寸棒材的超细晶大尺寸钨棒材及其制备方法。
本发明可以通过以下措施达到：
一种超细晶大尺寸钨棒材，其特征在于采用掺杂钨粉经压制成形、烧结制成，其中掺杂钨粉由下列各组分组成：
钾0.1%~0.5%，硅0.1%~0.5%，铝0.1%~0.5%，其余为钨。
本发明中的掺杂钨粉中各组分的重量百分比可以为：钾0.2%~0.4%，硅 0.2%~0.4%，铝 0.2%~0.4%，其余为钨。
本发明中的掺杂钨粉中各组分的重量百分比可以为：0.25%~0.35%，硅0.25%~0.35%，铝0.25%~0.35%，其余为钨。
本发明中的掺杂钨粉中各组分的重量百分比可以为： 钾0.3%，硅0.3%，铝0.3%，其余为钨。
一种超细晶大尺寸钨棒材的制备方法，其特征在于使用掺杂蓝钨粉末在H2、600-800℃下还原获得掺杂钨粉，掺杂钨粉经冷等静压成形和烧结制得超细晶大尺寸的钨合金，具体包括以下步骤：
步骤1：制备粉体，采用煅烧法将仲钨酸铵在400-600℃煅烧还原获得的蓝钨粉WO2.9，然后将蓝钨粉与硅酸钾、氢氧化钾、硝酸铝进行固液掺杂，干燥8小时，制备掺杂蓝钨，掺杂蓝钨还原气氛为氢气，温度为600-800℃的条件下，经多管式多温度带推舟炉还原，制备成粒度小于4μm的超细掺杂钨粉，掺杂钨粉的成分为钾0.1%~0.5%，硅 0.1%~0.5%，铝0.1%~0.5%，其余为钨，
步骤2：制坯，将掺杂钨粉经酸洗、烘干处理，采用冷等静压方法将掺杂钨粉进行压制，单位压力200-250MPa，制成压坯，
步骤3：预烧结，将制得的压坯在1200~1300℃氢气预烧炉中预烧结20分钟，使其具有一定的强度和导电性，
步骤4：高温烧结，将预烧结后的坯料在中频感应炉烧结，氢气流量1.5~10.0/m3.h，获得烧结坯，烧结坯直径不低于100mm，密度为17.0-18.5g/cm3，烧结温度为1900℃~2500°C。
本发明提出的一种超细晶大尺寸钨合金棒材的制备方法，还包括对高温烧结获得的上述钨合金，进行锻造，锻造工艺为：将烧结坯在1400~1700℃下，进行多道次锻造变形和退火处理，获得直径大于57mm、晶粒尺寸小于10μm的超细大尺寸棒材。
本发明与现有技术相比，钨合金棒材的心部和边部密度均超过19.2g/cm3，断面组织均匀，晶粒尺寸小于10μm，成品棒材直径超过57mm，具有优越的物理、化学性能。
附图说明：
附图1为本发明中直径为57mm的棒材金相图。
附图2为本发明中直径为60mm的棒材金相图。
附图3为本发明中直径为62mm的棒材金相图。
附图4为本发明中直径为65mm的棒材金相图。
附图5为本发明中直径为67mm的棒材金相图。
附图6为本发明中直径为70mm的棒材金相图。
附图7为本发明中直径为72mm的棒材金相图。
附图8为本发明中直径为75mm的棒材金相图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
本发明提出一种钨合金的制备方法，包括：
步骤1：制备粉体，采用煅烧法将仲钨酸铵在400-600℃煅烧还原获得的蓝钨粉WO2.9，然后将蓝钨粉与硅酸钾、氢氧化钾、硝酸铝进行固液掺杂，干燥8小时，制备掺杂蓝钨，掺杂蓝钨还原气氛为氢气，温度为600-800℃的条件下，经多管式多温度带推舟炉还原，制备成粒度小于4μm的超细掺杂钨粉，掺杂钨粉的成分为钾0.2%~0.4%，硅0.2%~0.4%，铝0.2%~0.4%，其余为钨，
步骤2：制坯，将掺杂钨粉经酸洗、烘干处理，采用冷等静压方法将掺杂钨粉进行压制，单位压力200-250MPa，制成压坯，
步骤3：预烧结，将制得的压坯在1200~1300℃氢气预烧炉中预烧结20分钟，使其具有一定的强度和导电性，
步骤4：高温烧结，将预烧结后的坯料在中频感应炉烧结，氢气流量1.5~10.0/m3.h，获得烧结坯，烧结坯直径不低于100mm，密度为17.0-18.5g/cm3，烧结温度为2000℃-2400℃，
步骤5：锻造，经高温烧结后的烧结坯在1400~1700℃下，进行多道次锻造变形和退火处理，获得直径大于57mm、晶粒尺寸小于10μm的超细大尺寸棒材。
实施例2：
本发明提出一种钨合金的制备方法及采用该方法制得的钨合金以及钨合金棒材，其包括：
步骤1：制备粉体，采用煅烧法将仲钨酸铵在400-600℃煅烧还原获得的蓝钨粉WO2.9，与硅酸钾、氢氧化钾、硝酸铝进行固液掺杂，干燥8小时，制备掺杂蓝钨，掺杂蓝钨还原气氛为氢气，温度为600-800℃的条件下，经多管式多温度带推舟炉还原，制备成粒度小于4μm的超细掺杂钨粉，掺杂钨粉的成分为钾0.25%~0.35%，硅0.25%~0.35%，铝0.25%~0.35%，其余为钨，
步骤2：制坯，将掺杂钨粉经酸洗、烘干处理，采用冷等静压方法将掺杂钨粉进行压制，单位压力200-250MPa，制成压坯，
步骤3：预烧结，将制得的压坯在1200~1300℃氢气预烧炉中预烧结20分钟，使其具有一定的强度和导电性，
步骤4：高温烧结，将预烧结后的坯料在中频感应炉烧结，氢气流量1.5~10.0/m3.h，获得烧结坯，烧结坯直径不低于100mm，密度为17.0-18.5g/cm3，烧结温度为2100℃-2300℃，
步骤5：锻造，经高温烧结后的烧结坯在1400~1700℃下，进行多道次锻造变形和退火处理，获得直径大于57mm、晶粒尺寸小于10μm的超细大尺寸棒材。
实施例3：
本发明提出一种钨合金的制备方法，包括：
步骤1：制备粉体，采用煅烧法将仲钨酸铵在400-600℃煅烧还原获得的蓝钨粉WO2.9，然后将蓝钨粉与硅酸钾、氢氧化钾、硝酸铝进行固液掺杂，干燥8小时，制备掺杂蓝钨，掺杂蓝钨还原气氛为氢气，温度为600-800℃的条件下，经多管式多温度带推舟炉还原，制备成粒度小于4μm的超细掺杂钨粉，掺杂钨粉的成分为钾0.3%，硅0.3%，铝0.3%，其余为钨，
步骤2：制坯，将掺杂钨粉经酸洗、烘干处理，采用冷等静压方法将掺杂钨粉进行压制，单位压力200-250MPa，制成压坯，
步骤3：预烧结，将制得的压坯在1200~1300℃氢气预烧炉中预烧结20分钟，使其具有一定的强度和导电性，
步骤4：高温烧结，将预烧结后的坯料在中频感应炉烧结，氢气流量1.5~10.0/m3.h，获得烧结坯，烧结坯直径不低于100mm，密度为17.0-18.5g/cm3，烧结温度为2200℃-2250℃，
步骤5：锻造，经高温烧结后的烧结坯在1400~1700℃下，进行多道次锻造变形和退火处理，获得直径大于57mm、晶粒尺寸小于10μm的超细大尺寸棒材。
本发明与现有技术相比，钨合金棒材的心部和边部密度均超过19.2g/cm3，断面组织均匀，晶粒尺寸小于10μm，成品棒材直径超过57mm，具有优越的物理、化学性能。
Claims (6)
1.一种超细晶大尺寸钨棒材，其特征在于采用掺杂钨粉经压制成形、烧结制成，其中掺杂钨粉由下列各组分组成：钾0.1%~0.5%，硅0.1%~0.5%，铝0.1%~0.5%，其余为钨。
2.根据权利要求1所述的超细晶大尺寸钨棒材，其特征在于掺杂钨粉中各组分的重量百分比为：钾0.2%~0.4%，硅 0.2%~0.4%，铝 0.2%~0.4%，其余为钨。
3.根据权利要求1所述的一种超细晶大尺寸钨棒材，其特征在于掺杂钨粉中各组分的重量百分比为：钾0.25%~0.35%，硅0.25%~0.35%，铝0.25%~0.35%，其余为钨。
4. 根据权利要求1所述的一种超细晶大尺寸钨棒材，其特征在于掺杂钨粉中各组分的重量百分比为： 钾0.3%，硅0.3%，铝0.3%，其余为钨。
5.一种超细晶大尺寸钨棒材的制备方法，其特征在于使用掺杂蓝钨粉末在H2、600-800℃下还原获得掺杂钨粉，将掺杂钨粉经冷等静压成形和烧结制得超细晶大尺寸的钨合金，具体包括以下步骤：
步骤1：制备粉体，采用煅烧法将仲钨酸铵在400-600℃煅烧还原获得的蓝钨粉WO2.9，然后将蓝钨粉与硅酸钾、氢氧化钾、硝酸铝进行固液掺杂，干燥8小时，制备掺杂蓝钨，掺杂蓝钨还原气氛为氢气，温度为600-800℃的条件下，经多管式多温度带推舟炉还原，制备成粒度小于4微米的超细掺杂钨粉，掺杂钨粉的成分为钾0.1%~0.5%，硅 0.1%~0.5%，铝0.1%~0.5%，其余为钨，
步骤2：制坯，将掺杂钨粉经酸洗、烘干处理，采用冷等静压方法将掺杂钨粉进行压制，单位压力200-250MPa，制成压坯，
步骤3：预烧结，将制得的压坯在1200~1300℃氢气预烧炉中预烧结20分钟，使其具有一定的强度和导电性，
步骤4：高温烧结，将预烧结后的坯料在中频感应炉烧结，氢气流量1.5~10.0/m3.h，获得烧结坯，烧结坯直径不低于100mm，密度为17.0-18.5g/cm3，烧结温度为1900℃~2500°C。
6.根据权利要求5所述的一种超细晶大尺寸钨合金棒材的制备方法，其特征在于还包括对高温烧结获得的钨合金进行锻造的步骤，锻造工艺为：将烧结坯在1400~1700℃下，进行多道次锻造变形和退火处理，获得直径大于57mm、晶粒尺寸小于10微米的超细大尺寸棒材。
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