CN107630162A - 一种wc合金芯块的制备方法 - Google Patents
一种wc合金芯块的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107630162A CN107630162A CN201610567787.9A CN201610567787A CN107630162A CN 107630162 A CN107630162 A CN 107630162A CN 201610567787 A CN201610567787 A CN 201610567787A CN 107630162 A CN107630162 A CN 107630162A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pellet
- preparation
- alloy
- tic
- total carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000008188 pellet Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 3
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 229910034327 TiC Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N molybdenum tungsten Chemical compound [Mo].[W] MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003178 Mo2C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000030614 Urania Species 0.000 description 1
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明提供了一种WC合金芯块的制备方法，包括如下步骤：A、配料：由以下原料按照如下质量份的组分配制：WC：55％～75％；TiC：9％‑22％；Ni+Cr：5％～35％，其中Cr在Ni+Cr中的含量为3％～15％；B、湿磨、干燥；C、压制成型；D、烧结；E、成品加工。按本发明制备的WC合金芯块，具有比重及形状容易控制，制造简单，成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于压水堆核电站核燃料模拟试验的WC合金芯块的制备方法。具体而言，本发明提供了一种理化性能满足核燃料模拟实验的WC合金芯块的制备方法。
背景技术
正如中国专利CN201410404002A以及R.L.Williamson，J.D.Hales,S.R.Novasconeetc.,Journal of Nuclear Materials 423(2012)149-163等文献所述，在核燃料组件的科学研究，结构设计，以及仿真培训时，通常需要用到模拟燃料芯块。这种模拟燃料芯块除了无放射性外，其它理化性质应尽量类似真实的核燃料芯块。核燃料芯块需要长时间经受中子辐射，高温、高流速冷却剂的冲刷和腐蚀，以及由温度、压力变化引起的应力应变作用，因此要求具有物理、化学、力学和几何形状等方面的稳定性。因此，模拟芯块就必须有严格控制的几何形状和比重，并具有良好的耐腐蚀抗冲刷能力。最主要的核燃料——氧化铀的密度为10.96g/cm3，而燃料芯块的比重一般为理论密度的95％，即10.41g/cm3。因此目前，国内、外一般采用1976年美国专利US3988565所公开的W、Mo合金或乏燃料等。然而，W、Mo合金的比重与核燃料的比重有较大差异，而且坯料形状不易控制，需要采用机加工方法将坯料车削成燃料芯块形状，效率低，成本高；而乏燃料则因为残留辐射污染，也不是最佳的模拟材料。根据使用要求，理论上，WC硬质合金是一种选择。但传统的WC-Co(Ni)(YG类)和WC-TiC-Co(Ni)(YT类)硬质合金的密度为12.0g/cm3～14.8g/cm3，不能满足密度要求，且磁性高；而以TiC或Ti(C,N)为主硬质相的TiC/Ti(C,N)-WC/Mo2C-Ni/Co系金属陶瓷的密度为5.0g/cm3～8.0g/cm3，密度低于要求，且脆性大，不耐冲击和震动。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种理化性质完全满足核燃料模拟试验要求的WC合金芯块的制备方法。这种WC合金芯块具有制造简便、效率快，成本低的优势。
本发明的WC合金芯块的制备方法包括如下工艺步骤：
A、配料：将以下原料按照如下质量份的组分配置：
WC：55％～75％
TiC：9％-22％
Ni+Cr：5％～35％，其中Cr在Ni+Cr中的含量为3％～15％。
B、湿磨、干燥，将配制好的原料进行球磨、干燥，获得混合料；
C、压制成型，将混合料压制成所需的芯块生坯；
D、烧结，获得芯块毛坯；
E、成品加工，将芯块毛坯经车削、磨削等机械方法加工后即得到芯块成品。
上述制备方法中，步骤A所述原料的质量份组分优选为：
WC：61.5％～67.5％
TiC：13.5％～17.5％
Ni+Cr重量份为：15％～25％，其中Cr在Ni+Cr中的含量为5％～12％。
本发明以WC、TiC等金属碳化物作为硬质相原料，以Ni、Cr等金属粉末作为粘结相原料，通过优选WC、TiC、Ni、Cr等成分的配比来控制合金芯块的比重，使其与真实核燃料的实际比重或设计比重相一致，且密度一致性好。通过控制粘结相Ni、Cr等的含量，来控制芯块生坯在烧结过程中的形状保持能力。Ni+Cr含量低于5％，烧结性能差，烧结温度高，难以致密，合金密度难以控制；而Ni+Cr含量超过35％，芯块烧结时，容易因重力影响导致下坠变形，增大几何形状的控制难度，增大加工去除量，增加成本，同时粘结相含量太高，烧结时液相量太大，将导致严重的液相挥发损失，从而芯块密度难以控制。同时，本发明人还发现，Cr在粘结相中含量对于合金密度一致性的控制也有显著影响，添加量必须控制在适当范围内。本发明人的试验结果显示，Cr占Ni+Cr总量的3％～15％(优选5％～12％)时，合金芯块的密度一致性最好。不加Cr或Cr添加量过高，合金致密度及密度一致性均更差。
更进一步的改进是，步骤A中，WC或TiC粉末原料的总碳，至少其中之一选择非饱和碳粉末，WC的总碳含量为5.85％～6.12％，和或TiC总碳含量为18.6％～19.4％。
更进一步的改进是，步骤A中，WC的总碳含量为5.85％～6.12％，和或TiC总碳含量为18.6％～19.4％。
所述WC的总碳含量为5.90％～6.10％，和或TiC总碳含量为18.8％～19.2％。
上述总碳的控制，有利于促进体系的致密化。
更进一步的改进是，步骤B中，湿磨、干燥工艺优选为，将配制好的物料倒入装有直径为4～10mm的WC硬质合金球形研磨体(球料比为4:1～8:1)的滚动球磨筒内，再加300～500ml/Kg的己烷、酒精等有机溶剂作为研磨介质，球磨14～48小时，卸料前1～2小时加入物料总量的1.5％～3.0％的石蜡等成型剂，料浆卸出后经干燥、过筛即得到混合料。
更进一步的改进是，步骤D中，烧结工艺步骤优选为：将芯块生坯在真空或低压烧结炉中，1320℃～1480℃温度下，烧结60～120分钟，得到合金芯块毛坯。
采用本发明的技术方案，制造简便、成本低。通过对原料成分的优选和精细控制，所制备的合金芯块，比重及形状容易控制，加工量大大减少。具有生产效率高，成本低，且合金致密度以及密度一致性好的特点。
附图说明
图1是本发明所述的WC硬质合金芯块6种实施例及对比例的烧结变形量及加工去除率对比图。烧结变形量是指烧结后芯块直径在高向上的最大偏差；加工去除率等于加工前芯块重量减去加工到特定形状尺寸后芯块的重量与加工前芯块的重量之比。
图2是本发明所述的WC硬质合金芯块6种实施例及对比例的实际平均密度及致密度对比图。实际平均密度是指烧结后的20件芯块用排水法测得的密度的平均值，致密度是芯块用排水法测得的密度与按芯块名义化学成分配比计算得到的理论密度之比。
图3是本发明所述的实施例T1-1～T1-4制备的WC硬质合金芯块的密度一致性测试结果。显示了粘结相中Cr的占比对合金致密度及密度一致性的影响。
图4是本发明所述的实施例T3-1～T3-4制备的WC硬质合金芯块的密度一致性测试结果。显示了粘结相中Cr的占比对合金致密度及密度一致性的影响。
图5是本发明所述的实施例T5-1～T5-4制备的WC硬质合金芯块的密度一致性测试结果。显示了粘结相中Cr的占比对合金致密度及密度一致性的影响。
具体实施方式
下面结合附图和本发明人为某核电研究院制备的尺寸规格为 密度为10.41±0.1g/cm3的模拟芯块为例对本发明的实施方式作进一步详细说明。但不应将此理解为发明的上述主题的范围仅限于下述实施例。
实施例1-6：
按本发明制备了T1-T6六个实施方案(下表1)，同时采用常规钨钼合金制备工艺制备了对比例T0，值得注意的是对比例所述的钨钼合金一般也采用粉末冶金方法制备，但由于其烧结致密度低，仅98％左右，为了达到所需的比重，烧结后的合金毛坯还须经过旋锻处理(表1中括号内的密度值10.39是经旋锻后的T0合金密度)。
按照如下步骤，制备本发明所述的WC合金芯块：
(1)配料：按表1成分配比配制物料，WC、TiC、Ni、Cr原料粉末均采用硬质合金行业常规冶金级粉末。
(2)湿磨、干燥：按表2的工艺参数对配制好的物料进行球磨混合，加蜡、卸料、干燥过筛后得到T1-T6六种混合料。
(3)压制成型，将步骤(2)获得的6种成分的混合料，采用钢模压制成所需形状的芯块生坯，每种混合料压制20件。
(4)烧结，将芯块生坯按表2烧结工艺参数入炉烧结，得到芯块毛坯。
分别对六种成分混合料制备的各20件芯块毛坯的密度及尺寸变形度进行测量分析，结果见表1。
(5)将芯块毛坯磨加工至所需尺寸，获得芯块成品。同时计算对比加工去除率，结果见表1。
将本发明实施例的各项技术指标与对比例进行对比，可以发现本发明制备的WC合金芯块具有密度、几何形状容易控制，加工去除率低的优点。
表1
表2
实施例T1-1～T1-4，T3-1～T3-4，T5-1～T5-4：分别按照上述实施例T1、T3和T5的制备步骤，调整Cr的添加量，制备T1-1～T1-4，T3-1～T3-4，T5-1～T5-4合金如下表3～5，及图3～5，本发明人试验发现，Cr的添加有利于合金密度一致性的控制，但其添加量必须控制在适当范围内。
表3
表4
表5
实施例T6-1～T6-8：按照上述实施例T6的制备步骤，调整WC以及TiC原料的总碳含量，制备T6-1～T6-8合金如下，本发明人试验发现，WC、TiC粉末原料的总碳，对于合金孔隙度有显著影响，低碳(非饱和碳原料)比饱和碳原料，更有利于合金致密化，以及密度一致性控制。
表6
需要说明的是：虽然上述实施例已经详细描述了本发明的技术方案，但本发明并不限于上述实施例，如步骤1中，也可以将TiC部分或全部用Ti(C,N)替代，WC可以部分用Mo2C、TaC、NbC等替代，也可以根据需要加入一定量的其它微量元素等。凡是本领域技术人员从上述实施例中不经过创造性劳动就可以想到的替换方法或结构，均属于本发明的保护范围。在不脱离本发明的精神和基本特征的情况下，本发明可以具体化为其他具体的形式。因此本发明的实例可以认为在所有方面均是说明性和没有限制性的，由附加的权利要求所表明的本发明范围胜于上述说明书的范围，因此在其内涵和权利要求等效范围之内的所有变化均包含在其所要求保护的范围之中。
Claims (6)
1.一种WC合金芯块的制备方法，其特征在于：
A、配料：由以下原料按照如下质量份的组分配制：
WC：55％～75％
TiC：9％-22％
Ni+Cr：5％～35％，其中Cr在Ni+Cr中的含量为3％～15％。
B、湿磨、干燥；
C、压制成型；
D、烧结；
E、成品加工。
2.一种权利要求1所述的WC合金芯块的制备方法，其特征在于，所述步骤A：
所述原料的质量份的组分为：
WC：60％～70％
TiC：10％～20％
Ni+Cr重量份为：10％～30％，其中Cr在Ni+Cr中的含量为5％～12％。
3.一种权利要求1所述的WC合金芯块的制备方法，其特征在于，所述步骤A：
所述WC的总碳含量为5.85％～6.12％，和或TiC总碳含量为18.6％～19.4％。
4.一种权利要求1所述的WC合金芯块的制备方法，其特征在于，所述步骤A：
所述WC的总碳含量为5.90％～6.10％，和或TiC总碳含量为18.8％～19.2％。
5.一种权利要求1所述的WC合金芯块的制备方法，其特征在于，
所述步骤B：将配制好的物料倒入装有直径为4～10mm的WC硬质合金研磨体(球料比为4:1～8:1)的滚动球磨筒内，再加300～500ml/Kg的研磨介质，球磨14～48小时，卸料前1～2小时加入物料总量的1.5％～3.0％的石蜡等成型剂，料浆卸出后经干燥、过筛即得到混合料。
6.一种权利要求1所述的WC合金芯块的制备方法，其特征在于，
所述步骤B：烧结工艺为：将芯块生坯在真空或低压烧结炉中，1320℃～1480℃温度下，烧结60～120分钟，得到合金芯块毛坯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610567787.9A CN107630162A (zh) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | 一种wc合金芯块的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610567787.9A CN107630162A (zh) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | 一种wc合金芯块的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107630162A true CN107630162A (zh) | 2018-01-26 |
Family
ID=61113012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610567787.9A Pending CN107630162A (zh) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | 一种wc合金芯块的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107630162A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4963183A (en) * | 1989-03-03 | 1990-10-16 | Gte Valenite Corporation | Corrosion resistant cemented carbide |
| JPH0572376A (ja) * | 1991-09-11 | 1993-03-26 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 重量模擬燃料集合体 |
| CN1865477A (zh) * | 2006-04-28 | 2006-11-22 | 自贡硬质合金有限责任公司 | TiC－WC基合金制品 |
| CN102766795A (zh) * | 2012-07-31 | 2012-11-07 | 自贡硬质合金有限责任公司 | 无磁模具材料及其制备方法 |
| CN105714170A (zh) * | 2014-12-03 | 2016-06-29 | 自贡硬质合金有限责任公司 | 硬质合金及其制备方法 |
-
2016
- 2016-07-18 CN CN201610567787.9A patent/CN107630162A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4963183A (en) * | 1989-03-03 | 1990-10-16 | Gte Valenite Corporation | Corrosion resistant cemented carbide |
| JPH0572376A (ja) * | 1991-09-11 | 1993-03-26 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 重量模擬燃料集合体 |
| CN1865477A (zh) * | 2006-04-28 | 2006-11-22 | 自贡硬质合金有限责任公司 | TiC－WC基合金制品 |
| CN102766795A (zh) * | 2012-07-31 | 2012-11-07 | 自贡硬质合金有限责任公司 | 无磁模具材料及其制备方法 |
| CN105714170A (zh) * | 2014-12-03 | 2016-06-29 | 自贡硬质合金有限责任公司 | 硬质合金及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 高海燕: "无磁硬质合金的研究进展" * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105695837B (zh) | 一种WC‑Ni细晶硬质合金的制备方法 | |
| KR101979974B1 (ko) | 초경 합금의 제조 방법 | |
| CN109972015B (zh) | Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法 | |
| CN104032153B (zh) | 一种高强韧微晶硬质合金的制造方法 | |
| CN101967593A (zh) | 含有稀土的超细晶粒硬质合金材料及其制备方法 | |
| CN105734321A (zh) | 一种超细硬质合金的制备方法 | |
| CN107619980B (zh) | 一种超细晶粒无钴硬质合金及其制备方法 | |
| CN102828096B (zh) | 一种金属陶瓷切削工具材料及其制备方法 | |
| CN102994792A (zh) | 一种高强度、高硬度纳米晶钨钴硬质合金的制备方法 | |
| CN111378857B (zh) | 一种高性能超细晶硬质合金制备方法 | |
| CN105033270A (zh) | 一种多孔铜锡合金粉末的制备方法 | |
| EP1724363B1 (en) | Method of making agglomerated cemented carbide powder mixtures | |
| CN102421528A (zh) | 研磨金属陶瓷或硬质合金粉末混合物的方法 | |
| CN106086575A (zh) | 一种钢结硬质合金及其制备方法 | |
| CN107630162A (zh) | 一种wc合金芯块的制备方法 | |
| CN102839314B (zh) | 一种提高稀土氧化物在硬质合金中应用效果的碳控制技术 | |
| JP2021528567A (ja) | 代替バインダーを用いた超硬合金 | |
| CN107244661A (zh) | 一种五元硬质合金用固溶体及其制备方法 | |
| CN115044795A (zh) | 一种纳米WC-Co硬质合金及其制备方法 | |
| CN107058841A (zh) | 一种高机械强度钨合金材料及其制备方法 | |
| CN104404335B (zh) | 一种钢结硬质合金 | |
| CN104741614B (zh) | 一种高Zr含量Ti50.5‑xNi49.5Zrx三元合金粉末的制备方法 | |
| CN111101042B (zh) | 一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN107287472A (zh) | 钴基含铌含铜粉末冶金法化纤切断刀的制造 | |
| CN109811166A (zh) | 一种碳化钛硬质合金材料的制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180126 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |