CN104789912A - 一种药型罩钽5钨材料的制备方法 - Google Patents

一种药型罩钽5钨材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种药型罩钽5钨材料的制备方法，包括以下步骤：A)将钽5钨铸锭进行三次热锻，所述热锻的方式为轴向墩粗与径向拔长，所述轴向墩粗的镦粗比为1.5～2.0，所述径向拔长的拔长比为0.8～1.0；将三次热锻后的钽5钨坯料进行退火处理；B)将退火处理后的钽5钨坯料进行轧制，所述轧制的加工率为70％～85％；C)将步骤B)得到的钽5钨坯料进行退火处理，得到药型罩钽5钨材料。在制备钽5钨材料的过程中，本申请通过进行三次热锻与轧制的加工方式，且控制锻造与轧制过程中的参数，使制备的钽5钨材料内部晶粒组织细小，且各向力学性能均匀。

Description

一种药型罩钽5钨材料的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种药型罩钽5钨材料的制备方法。
背景技术
爆炸成形侵彻体(EFP)战斗部是利用聚能装药原理，通过炸药的聚能爆轰炸使金属药型罩压垮变形而锻出的一个具有较高质心速度和结构形状的侵彻体；而药型罩是衬在空心装药的凹窝内，炸药爆炸后将其压缩成金属射流用于穿甲的特殊材料部件。因此，战斗部药型罩用材料必须要有较好的动态延展性和抗拉强度，才能形成具有一定长径比的EFP战斗部。
目前，适合制作EFP战斗部药型罩的金属材料主要有：紫铜、纯铁、钽、钽合金、铌与银等，其中紫铜的密度为8.96g/cm3，钽的密度为16.6g/cm3，是铜的1.86倍。采用高密度材料制作药型罩可以大大提高EFP的侵彻威力。钽5钨材料由于具有高密度、耐高温和良好的加工性能的优点，其除可用于化工防腐和高温领域外，还逐步用于制作武器药型罩部件，以替代目前铜制、铅制或不锈钢材料，以期达到提高武器破甲能力的目的。
钽5钨合金药型罩在我国还处于研究开发阶段，为了使钽5钨合金材料能够成功用于药型罩，钽5钨材料需要具有较好的各向同性、晶粒细小均匀，并且塑性较好。现有技术以拍扁锻造、纵横垂直方向换向轧制方法为主，该工艺存在以下缺点：1、晶粒尺寸不均匀，且存在较大尺寸晶粒；2、最终板材的各项同性较差。由此，本申请提供了一种药型罩钽5钨材料的制备方法。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种钽5钨材料的制备方法，使制备的钽5钨材料晶粒细小均匀且各向性能均匀。
有鉴于此，本申请提供了一种药型罩钽5钨材料的制备方法，包括以下步骤：
A)，将钽5钨铸锭进行三次热锻，所述热锻的方式为轴向墩粗与径向拔长，所述轴向墩粗的镦粗比为1.5～2.0，所述径向拔长的拔长比为0.8～1.0；将三次热锻后的钽5钨坯料进行退火处理；
B)，将退火处理后的钽5钨坯料进行轧制，所述轧制的加工率为70％～85％；
C)，将步骤B)得到的钽5钨坯料进行退火处理，得到药型罩钽5钨材料。
优选的，所述热锻的温度为1200℃～1300℃。
优选的，在所述热锻之前还包括：
将钽5钨铸锭加热至150℃～220℃，然后在钽5钨铸锭表面涂覆玻璃粉。
优选的，步骤A)中所述退火处理的温度为1350℃～1450℃，所述退火处理的时间为60min～90min。
优选的，步骤C)中所述退火处理的温度为1300℃～1500℃，所述退火处理的时间为60min～90min。
优选的，所述轧制为先顺长轧制再换向轧制。
优选的，所述轧制的温度为200～250℃。
优选的，所述三次热锻之后还包括：
将三次热锻得到的钽5钨坯料进行拍扁锻造。
优选的，所述拍扁锻造之后还包括：
将拍扁锻造得到的钽5钨坯料进行酸洗。
本发明提供了一种药型罩钽5钨材料的制备方法，具体步骤为：首先将钽5钨铸锭进行三次热锻，且锻造的方式为轴向墩粗与径向拔长，再将三次热锻后的钽5钨坯料进行退火处理，然后将钽5钨坯料进行轧制，最后再进行退火处理，得到药型罩钽5钨材料。本发明在制备钽5钨材料的过程中，采用热锻的方式对其进行加工，有效抑制了铸锭组织内沿晶断裂，增加了单位体积内的晶界面积，使单位晶界面积偏聚的杂质含量降低，从而提高了韧性，同时细晶强化使屈服强度提高，提高了材料的滑移抗力；通过热锻与轧制的结合且控制加工的比例，使铸锭获得了大变形，粗大晶粒得到了充分破碎，且保证了各方向变形的均匀性。
附图说明
图1为本发明实施例检测钽5钨材料不同区域力学性能的示意图；
图2为本发明实施例1制备的钽5钨材料的金相照片；
图3为本发明实施例2制备的钽5钨材料的金相照片；
图4为本发明实施例3制备的钽5钨材料的金相照片。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
一种药型罩钽5钨材料的制备方法，包括以下步骤：
A)，将钽5钨铸锭进行三次热锻，所述热锻的方式为轴向墩粗与径向拔长，所述轴向墩粗的镦粗比为1.5～2.0，所述径向拔长的拔长比为0.8～1.0；将三次热锻后的钽5钨坯料进行退火处理；
B)，将退火处理后的钽5钨坯料进行轧制，所述轧制的加工率为70％～85％；
C)，将步骤B)得到的钽5钨坯料进行退火处理，得到药型罩钽5钨材料。
按照本发明，在制备钽5钨材料的过程中，首先需要提供钽5钨铸锭，所述钽5钨铸锭的制备可以通过电子束熔炼获得，本发明对钽5钨铸锭的制备没有特别的限制。
本发明首先将钽5钨铸锭进行了三次热锻。钽5钨材料是单相合金，其在熔炼时不可避免的会带入部分氧、碳等非金属杂质，氧、碳等杂质容易偏聚于晶界，从而降低晶界能，使铸锭在加工过程中易于沿晶断裂，由此本申请采用热锻对钽5钨铸锭进行加工，通过热锻使晶粒细化，是抑制沿晶断裂的手段之一，晶粒细化会增加单位体积内的晶界面积，在杂质总含量相同的情况下，单位晶界面积偏聚的杂质含量相应降低，从而提高韧性，同时细晶强化使屈服强度提高，提高材料的滑移抗力，阻止裂纹萌生。本申请所述热锻的温度优选为1200℃～1300℃。本申请所述热锻为轴向墩粗与径向拔长的锻造过程，且循环三次进行。若锻造次数少于三次，则铸锭内部晶粒破碎不够充分，导致最终材料晶粒不均匀进而影响材料的各向同性；钽5钨材料经过三次锻造已充分破碎铸锭晶粒，且经过三次锻造材料加工率已经很大，锻造过程温降过快，反复回炉加热锻造也会使材料氧含量增加，不利于材料后期加工。本申请所述热锻过程中，所述轴向墩粗的镦粗比为1.5～2.0，所述径向拔长的拔长比为0.8～1.0，且每次轴向墩粗与径向拔长的比例均为上述比例，若镦粗比过大，则钽5钨铸锭在锻造过程易出现双鼓形、折叠或纵向弯曲；若镦粗比过小，则材料内部不能完全锻透，导致最终材料不能满足要求；若拔长比过大，则易造成铸锭内部对角裂纹，外表面产生横向裂纹和角裂，若拔长比过小，则造成材料中心部分锻不透，容易产生内部横向裂纹。本申请所述钽5钨铸锭经过三次热锻后，铸锭内部晶粒充分破碎，且均匀性较好。
为了避免在锻造过程中引入过量的杂质，本申请优选在三次锻造之前进行如下处理：
将钽5钨铸锭加热至150℃～220℃，然后在钽5钨铸锭表面涂覆玻璃粉。
为了保证铸锭宽度均匀，在三次热锻之后，本申请优选将三次热锻得到的钽5钨铸锭进行拍扁锻造。
本申请优选将拍扁锻造后的钽5钨坯料进行酸洗，以去除表面的杂质。所述酸洗的溶液优选为氢氟酸、硫酸与硝酸的混合溶液；所述氢氟酸为市售的氢氟酸，其质量分数为35.35wt％，所述硝酸为市售的硝酸，其浓度为68wt％，所述硫酸为市售的硫酸，所述硫酸的浓度为20wt％，所述氢氟酸、硫酸与硝酸的体积比为1:3:3。
按照本发明，在酸洗之后钽5钨坯料进行了退火处理，所述退火处理的温度优选为1350℃～1450℃，所述退火处理的时间为60min～90min。所述退火处理能够使材料具有完全再结晶组织，使晶粒尺寸细化，而选择适当的温度与保温时间，是保证最终能够得到均匀等轴晶的基础。若退火处理的温度过低则热锻后的材料无法结晶，保温时间过短材料虽然能够结晶，但是组织为扁长并非等轴晶。
本申请最后将钽5钨坯料进行轧制，使材料的各方向发生均匀变形。本申请所述轧制的温度优选为200℃～250℃，所述轧制是先将坯料进行顺长轧制再进行换向轧制，采用上述轧制使钽5钨坯料晶粒细小均匀，各向异性不明显。所述轧制的总加工率优选为70％～85％，首先较大的加工率可以避免不均匀变形造成分层或张口的情况出现，另外可以使其变形深入材料内部，随着厚度的减小及材料的加工硬化，逐步减少道次加工率。经过锻造后的钽钨铸锭内部晶粒得到了充分破碎，得到的均匀的内部组织，随后进行轧制，使材料各个方向发生均匀变形，从而有利于形成各向均匀，内部晶粒细小的内部组织。为了消除轧制过程中的残余应力，在轧制之后进行了退火处理，所述退火处理的温度优选为1300℃～1500℃，更优选为1400℃；所述退火处理的时间为60min～90min。
本发明提供了一种药型罩钽5钨材料的制备方法，具体步骤为：将钽5钨铸锭进行三次热锻，所述热锻的方式为轴向墩粗与径向拔长，所述轴向墩粗的镦粗比为1.5～2.0，所述径向拔长的拔长比为0.8～1.0；将三次锻造后的钽5钨坯料进行退火处理；将退火处理后的钽5钨坯料进行轧制，所述轧制的加工率为70％～85％；将钽5钨坯料进行退火处理，得到药型罩钽5钨材料。本发明在制备钽5钨材料的过程中，通过墩粗拔长的锻造，且循环三次，使材料粗大晶粒得到了充分的破碎，达到了产品细晶的要求，再结合轧制工艺，获得了各向同性很好的药型罩用钽5钨材料以满足军方对材料的要求。实验结果表明，本发明制备的钽5钨的晶粒细小均匀，晶粒度7级，抗拉强度(σb)为420MPa以上，屈服强度(σ0.2)为335MPa以上，延伸率(δ)41％以上。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的钽5钨材料的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
1)钽5钨铸锭经过电子束熔炼得到，钽5钨铸锭的直径为Φ153mm，长度为320mm，钽5钨铸锭的成分如表1所示，表1为钽5钨铸锭的元素成分数据表；
表1 钽5钨铸锭的元素成分数据表
2)将步骤1)得到的钽5钨铸锭超声波检测，然后将钽5钨铸锭电阻炉加热至200℃，涂覆高温玻璃粉；
3)将步骤2)得到钽5钨铸锭加热至1250℃～1300℃，轴向镦粗至H＝200±5mm，再轴向拔长至(145±5)×(145±5)×Lmm，循环三次，然后拍扁锻造至δ＝55±2mm保证宽度均匀，锻造过程进行温度检测，整个锻造过程锻造温度不低于850℃；
4)将步骤3)得到的钽5钨坯料进行酸洗：氢氟酸、硫酸与硝酸的体积比为1：3：3，氢氟酸的浓度为35.35wt％，硝酸的浓度为68wt％，盐酸的浓度为20wt％，肉眼观察可见金属光泽无杂斑即可；
5)将步骤4)得到的钽5钨坯料在真空退火炉中进行退火处理：退火处理的温度为1350℃，保温90min，随炉冷却；然后将坯料去除表面缺陷，保证H≥52mm；
6)将步骤5)得到的钽5钨坯料加热至220℃～250℃，顺长轧制至L＝640±5mm，换向轧制至δ＝15.10 +0.15mm；
7)将步骤6)得到的钽5钨坯料在真空退火炉中进行退火处理：退火处理的温度为1400℃，保温90min，随炉冷却；
8)将步骤7)得到的钽5钨坯料校平下料，使平面度≤2mm，L＝615±5mm，B＝315+5 0mm；再进行表面处理，使δ＝15+0.254 0mm，Ra≤0.8μm；然后铣长度和宽度，使L＝3000 +1.5mm，B＝600+1.5 0mm，最后进行成品检验，得到了药型罩钽5钨材料。
将本实施例制备的钽5钨材料进行检验，如图1所示，检测本实施例制备的钽5钨材料的不同区域的力学性能，检测结果如表2所示。如图2所示，图2为本实施例制备的钽5钨材料的金相照片，晶粒度为7级。
表2 本实施例制备的钽5钨材料不同区域的力学性能数据表
样品编号 σb(MPa) σ0.2(MPa) δ(％)
Ⅰ 445.6 355.0 42.0
Ⅱ 444.5 355.0 42.0
Ⅲ 446.6 354.2 44.8
Ⅳ 440.4 351.5 41.5
Ⅴ 426.9 338.8 42.4
Ⅵ 438.7 338.4 46.8
Ⅶ 441.5 352.5 42.5
Ⅷ 442.8 353.6 43.1
实施例2
1)钽5钨铸锭经过电子束熔炼得到，钽5钨铸锭的直径为Φ153mm，长度为210mm，钽5钨铸锭的成分如表3所示，表3为钽5钨铸锭的元素成分数据表；
表3 钽5钨铸锭的元素成分数据表
2)将步骤1)得到的钽5钨铸锭超声波检测，然后将钽5钨铸锭电阻炉加热至200℃，涂覆高温玻璃粉；
3)将步骤2)得到钽5钨铸锭加热至1200℃～1250℃，轴向镦粗至H＝135±5mm，再轴向拔长至(130±5)×(130±5)×Lmm，循环三次，然后拍扁锻造至δ＝40±2mm保证宽度均匀，锻造过程进行温度检测，整个锻造过程锻造温度不低于850℃；
4)将步骤3)得到的钽5钨坯料进行酸洗：氢氟酸、硫酸与硝酸的体积比为1：3：3，氢氟酸的浓度为35.35wt％，硝酸的浓度为68wt％，盐酸的浓度为20wt％，肉眼观察可见金属光泽无杂斑即可；
5)将步骤4)得到的钽5钨坯料在真空退火炉中进行退火处理：退火处理的温度为1350℃，保温90min，随炉冷却；然后将坯料去除表面缺陷，保证H≥36mm；
6)将步骤5)得到的钽5钨坯料加热至230℃～250℃，顺长轧制至L＝640±5mm，换向轧制至δ＝10.10 +0.15mm；
7)将步骤6)得到的钽5钨坯料在真空退火炉中进行退火处理：退火处理的温度为1400℃，保温90min，随炉冷却；
8)将步骤7)得到的钽5钨坯料校平下料，使平面度≤2mm，L＝615±5mm，B＝315+5 0mm；再进行表面处理，使δ＝10+0.254 0mm，Ra≤0.8μm；然后铣长度和宽度，使L＝3000 +1.5mm，B＝600+1.5 0mm，最后进行成品检验，得到了药型罩钽5钨材料。
将本实施例制备的钽5钨材料进行检验，如图1所示，检测图1中本实施例制备的钽5钨材料不同区域的力学性能，检测结果如表4所示。如图3所示，图3为本实施例制备的钽5钨材料的金相照片，晶粒度为7级。
表4 本实施例制备的钽5钨材料不同区域的力学性能数据表
样品编号 σb(MPa) σ0.2(MPa) δ(％)
Ⅰ 447.8 356.2 43.9
Ⅱ 445.2 358.1 43.8
Ⅲ 442.6 352.7 44.0
Ⅳ 439.4 350.4 44.1
Ⅴ 437.9 349.5 43.5
Ⅵ 438.9 342.7 45.1
Ⅶ 440.5 350.8 44.7
Ⅷ 448.8 355.7 44.1
实施例3
1)钽5钨铸锭经过电子束熔炼得到，钽5钨铸锭的直径为Φ153mm，长度为430mm，钽5钨铸锭的成分如表5所示，表5为钽5钨铸锭的元素成分数据表；
表5 钽5钨铸锭的元素成分数据表
2)将步骤1)得到的钽5钨铸锭超声波检测，然后将钽5钨铸锭电阻炉加热至200℃，涂覆高温玻璃粉；
3)将步骤2)得到钽5钨铸锭加热至1200℃～1250℃，轴向镦粗至H＝220mm，再轴向拔长至(165±5)×(165±5)×Lmm，循环三次，然后拍扁锻造至δ＝65±2mm保证宽度均匀，锻造过程进行温度检测，整个锻造过程锻造温度不低于850℃；
4)将步骤3)得到的钽5钨坯料进行酸洗：氢氟酸、硫酸与硝酸的体积比为1：3：3，氢氟酸的浓度为35.35wt％，硝酸的浓度为68wt％，盐酸的浓度为20wt％，肉眼观察可见金属光泽无杂斑即可；
5)将步骤4)得到的钽5钨坯料在真空退火炉中进行退火处理：退火处理的温度为1350℃，保温90min，随炉冷却；然后将坯料去除表面缺陷，保证H≥62mm；
6)将步骤5)得到的钽5钨坯料加热至200℃～250℃，顺长轧制至L＝640±5mm，换向轧制至δ＝20.10 +0.15mm；
7)将步骤6)得到的钽5钨坯料在真空退火炉中进行退火处理：退火处理的温度为1400℃，保温90min，随炉冷却；
8)将步骤7)得到的钽5钨坯料校平下料，使平面度≤2mm，L＝615±5mm，B＝315+5 0mm；再进行表面处理，使δ＝20+0.254 0mm，Ra≤0.8μm；然后铣长度和宽度，使L＝3000 +1.5mm，B＝600+1.5 0mm，最后进行成品检验，得到了药型罩钽5钨材料。
将本实施例制备的钽5钨材料进行检验，如图1所示，检测本实施例制备的钽5钨材料不同区域的力学性能，检测结果如表6所示。如图3所示，图3为本实施例制备的钽5钨材料的金相照片，晶粒度为7级。
表6 本实施例制备的钽5钨材料不同区域的力学性能数据表
样品编号 σb(MPa) σ0.2(MPa) δ(％)
Ⅰ 446.2 355.0 42.1
Ⅱ 446.5 356.1 42.4
Ⅲ 446.8 355.2 42.8
Ⅳ 447.4 354.5 43.5
Ⅴ 447.9 358.8 43.4
Ⅵ 445.7 356.4 44.8
Ⅶ 445.5 357.5 43.5
Ⅷ 442.8 353.6 43.9
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种药型罩钽5钨材料的制备方法，包括以下步骤：
A)，将钽5钨铸锭进行三次热锻，所述热锻的方式为轴向墩粗与径向拔长，所述轴向墩粗的镦粗比为1.5～2.0，所述径向拔长的拔长比为0.8～1.0；将三次热锻后的钽5钨坯料进行退火处理；
B)，将退火处理后的钽5钨坯料进行轧制，所述轧制的加工率为70％～85％；
C)，将步骤B)得到的钽5钨坯料进行退火处理，得到药型罩钽5钨材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热锻的温度为1200℃～1300℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述热锻之前还包括：
将钽5钨铸锭加热至150℃～220℃，然后在钽5钨铸锭表面涂覆玻璃粉。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中所述退火处理的温度为1350℃～1450℃，所述退火处理的时间为60min～90min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C)中所述退火处理的温度为1300℃～1500℃，所述退火处理的时间为60min～90min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述轧制为先顺长轧制再换向轧制。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述轧制的温度为200～250℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三次热锻之后还包括：
将三次热锻得到的钽5钨坯料进行拍扁锻造。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述拍扁锻造之后还包括：
将拍扁锻造得到的钽5钨坯料进行酸洗。
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