CN110106418A - 一种用于切割丝的稀土钼钨合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明首次提出一种稀土钼钨合金，重量百分比组成，该合金包括：74.8‑98.5％的钼，0.5‑25％的钨，0.2‑3％的稀土。本发明提供的合金用于切割丝时，具有电阻率小、切割电流大、切割速度快、使用寿命长的优点，且具有良好的抗拉伸强度以及耐高温能力。该合金的制备过程可保障合金成分分布均匀、各组分含量稳定，提高了产品的成品率，具有规模及商业化生产前景。

Description

一种用于切割丝的稀土钼钨合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金研究领域。更具体地，涉及一种用于切割丝的稀土钼钨合金及其制备方法。

背景技术

钨和钼统称难熔金属，均是稀有的不可再生的资源，随着应用领域的拓展全世界储量逐年减少。钨熔点高硬度大抗拉强度大但韧性差加工较难。钼熔点较钨略低，韧性好但抗拉强度差，加工不易。钨钼合金具有优异的耐液态锌的腐蚀作用，用以制造炼锌工业中的搅拌器，管道和容器内衬及其他部件。钨钼合金由于高温强度好，性能与钨相近而比重比钨小，所以可用作相应的高温条件下火箭、导弹中的高温构件、电子管的灯丝、零件以及其他高温材料。但是现有技术中钨钼合金、钨钼多元合金在机械性能以及耐高温性能等各方面整体性的提高非常有限，这主要是因为整体性能与合金的组成、工艺步骤、工艺参数都息息相关。

由于金属钼丝具有熔点高、强度大、切割精度高、热膨胀系数小等优异性质，被广泛应用在各类线切割机床加工高硬度高耐磨性工件上，但是其电阻率较大，导电性能较差，使用一段时间后易发生垂直度不良的问题，进而影响其寿命，增大使用者成本。通过制备含钼的合金成为解决钼丝缺点的一个途径。

现有技术中，钨钼合金的虽然改善了钨韧性差这一缺点，但是仍然具有脆性大、加工性能差的缺点；在钨、钼中掺入稀土氧化物可以提高其放电性，但同时会对其机械性能产生较大影响；在钨中掺入硅、铝和钾可以改善其耐高温性能，但同时会对其导电性和机械性能产生负面影响，因此也只限用于光源行业。

因此，提供一种可以整体性提高抗拉强度、抗下垂能力、导电导热性、熔点、耐热性的长寿命的可用于切割丝的钼钨合金至关重要。

发明内容

本发明第一个目的在于提供一种用于切割丝的稀土钼钨合金。

本发明第二个目的在于提供上述稀土钼钨合金的制备方法，采用粉冶方法制备合金材料。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

第一方面本发明提供一种稀土钼钨合金，按重量百分比计，其组成包含：74.8-98.5％的钼，0.5-25％的钨，0.2-3％的稀土。

合金中各金属元素的种类和含量对其性能有重要的影响。现有技术中钼钨合金改善了钨韧性差这一缺点，但是同时具有抗下垂能力差、脆性大、抗拉强度弱、加工性能差以及耐高温性能差等缺点，作为切割丝使用过程中受到了限制。

在本发明提供的技术方案中，在钼钨合金中加入了稀土元素。稀土元素可细化合金中的晶粒并加强晶界结合力，改进钼钨合金由于烧结不充分而具有脆性这一缺点，提高其抗拉强度以及钼钨合金的加工性能；此外，稀土元素在提高合金放电性能和导电性能的同时，还加强了合金中晶界的结合力，进而提高合金的抗高温性能；而且稀土元素可使钼钨合金的导电率靠近钨的导电率，进而使合金具有良好的导电性和导热性，有利于延长其寿命。

本发明中，所述稀土包括但不限于镧、铈、钇、锆，稀土可由含有稀土元素氧化物提供。

优选地，所述稀土钼钨合金，按重量百分比计，其组成包含：74.8-84.5％的钼，15-25％的钨，0.2-0.6％的稀土。具有该组成的稀土钼钨合金制作切割丝，其线切割速度增加40％，使用寿命延长50％，虽然成本增加了约13％，但是在生产效率和寿命极大提高的情况下，还是极大的降低了使用成本。

优选地，所述稀土钼钨合金，按重量百分比计，其组成包含：84.5-89.5％的钼，10-15％的钨，0.4-0.8％的稀土。具有该组成的稀土钼钨合金用于切割丝，其线切割速度增加30％，使用寿命延长40％，成本增加约8％，综合来说还是极大的提高了生产效率，寿命延长亦降低了使用成本。

优选地，所述稀土钼钨合金，按重量百分比计，其组成包含：89.4-95％的钼，4-10％的钨，0.6-1.0％的稀土。具有该组成的稀土钼钨合金用于切割丝，其切割速度增加20％，使用寿命延长30％，成本增加约5％。在少量增加成本的前提下，适当的提高了生产效率，降低了使用成本。

优选地，所述稀土钼钨合金，按重量百分比计，其组成包含：95-98.5％的钼，0.5-4％的钨，0.2-3％的稀土。具有该组成的稀土钼钨合金用于切割丝，其线切割速度增加10％，使用寿命延长15％，成本增加约2％。在成本基本不增加的前提下，较好的提高了切割效率。

根据本发明的具体实施方式，由本发明提供的稀土钼钨合金制备得到的切割丝具有电阻率小、切割电流大、切割速度快、使用寿命长的优点，其线切割速度的提高可达40％，使用寿命可延长50％。尽管加入钨，少量增加了制造成本，但是大大的提高了生产效率，总得来说大大的降低了使用成本。

本发明第二个方面提供上述稀土钼钨合金的制备方法，包括如下步骤：

1)混粉：按配方比例将稀土氧化物、钨粉、钼粉装入混料机中，混匀0.5-1.5h，得合成粉；

2)装粉：将合成粉装入胶套，用振动平台振动至均匀密实，加塞密封；

3)成型：将密封后的胶套放入冷等静压机中，加压、卸载、脱模，得到压坯；

4)预烧结：将压坯放入预烧炉，升温至1050-1150℃，保温20-30min，冷却至室温，得预烧坯；

5)烧结：将预烧坯放入中频感应炉，升温至2200±50℃，保温1-4h，得烧结坯；

6)压力加工：将烧结坯锻打开坯，然后进行退火、拉制处理。

根据本发明的具体实施方式，混料机选用“V”型混料机有利于提高合成粉中各组分的混匀程度，有利于提高合金各部分性能的均匀性；所述成型过程可以在冷等静压机中进行，在具体操作过程中，可将密封后的胶套放置于胶套架上，然后将胶套架放置于冷等静压机缸桶内，然后进行加压、保压、卸压，完成冷静压制后，取出料架，卸摸可得到压坯；所述预烧炉可选用带有自动走料机的预烧炉，预烧过程既消除了粉末压制的应力又激活了合成粉的活化能，制得的预烧坯具有一定的强度；经烧结过程可制得理论密度百分之九十的烧结坯；压力加工过程则可以根据不同的需求而制成不同的型件，退火过程则会使合金中晶粒实现再结晶。

优选地，步骤1)中合成粉中稀土氧化物的粒径为150-220目筛，钨粉的费氏粒度为1.2-3.0μm，钼粉的费氏粒度为1.8-4.5μm。

优选地，步骤3)中，所述加压过程包括上压、保压和卸压过程；优选地，所述上压过程为在5-6min内使压力由0MPa增加至145-165MPa；145-165MPa下的保压过程持续时间为1-5min，卸压过程持续时间为3-5min。

优选地，步骤4)中，预烧结过程的升温速率为66-82℃/min，升温过程持续14-16min。

优选地，步骤5)中，烧结过程的升温速率为175-205℃/h，升温过程持续11-12h。

优选地，步骤6)中，所述退火过程包括感应退火方式或烧氢退火方式中的至少一个。

优选地，所述感应退火方式是在1450-1550℃下处理4-6min；所述烧氢退火方式是在1150-1250℃下处理30±1min。

根据本发明的具体实施方式，退火过程的选择与最后要制备得到的型件相关。将烧结坯经锻打开坯加工至直径然后在1450-1550℃下感应退火4-6min，锻打可得到直径钨钼杆；拉制至再在1150-1250℃下烧氢退火30±1min，可再次进行拉制到所需规格的材料。

本发明的有益效果如下：

本发明首次提出用于切割丝的一种稀土钼钨合金，该合金包括74.8-98.5％的钼，0.5-25％的钨，0.2-3％的稀土。本发明提供的稀土钼钨合金作为切割丝使用，电阻率皆小于0.080Ω·mm²/m，其单轴拉伸强度皆大于2200MPa，屈服应力皆大于2500MPa，直径的合金杆的最小起弧电流皆不大于4.5A。因此，其具有优良的导电导热性能，以及抗拉伸强度以及较小的起弧电流，从而可以得到较大的切割电流及放电火花，极大的提高了切割效率；此外，还具有良好的抗下垂能力、抗拉伸强度以及耐高温能力。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

稀土钼钨合金的制备包括如下步骤：

1)混粉：按照重量比钼74.4％、钨25％以及稀土0.6％，将37.2kg的钼粉、12.5kg钨粉、0.176kg的氧化镧、0.8kg的氧化铈装入“V”型混料机中，混匀0.5h，得合成粉；

2)装粉：取920克合成粉装入振动平台上的胶套，振动0.5h，振动至均匀密实，加塞密封；

3)成型：对密封后的胶套放置于胶套架上，然后将胶套架放入冷等静压机缸桶中，5-6min内使压力由0MPa增加至145-165MPa，在145-165MPa下的保压过程持续时间为1-5min，然后在3-5min内完成卸压，完成冷静压制后，取出料架，卸模可得到压坯；

4)预烧结：将压坯放入带有自动走料机的预烧炉，以为66-82℃/min，升温至1050-1150℃，保温20-30min，然后在通有氢气保护的冷却水套内自然冷却至室温，得预烧坯；

5)烧结：将预烧坯放入中频感应炉，以175-205℃/h的速率，在11-12h内升温至2150-2250℃，保温1-4h，得烧结坯；

6)压力加工：

a.将烧结坯锻打开坯，加工至钨棒，然后在1450-1550℃下感应退火4-6min，锻打至钨钼杆；

b.将的钨钼杆经3道拉制，再经矫直无心磨床加工取直径长175mm的钨钼杆；

c.将直径钨钼杆经24道拉制,制备得到直径的线切割丝。

该稀土钼钨合金的单轴拉伸强度为2300MPa，屈服应力为2550MPa，电阻率为0.073Ω·mm²/m，将该牌号钼钨合金加工、磨削至直径的金属杆，最低起弧电流为3A。

实施例2-4

在实施例2-4中，其合金的制备过程与实施例1中的条件完全相同，只是改变了其组分的比例，具体如下表1所示。

表1实施例2-4中稀土钼钨合金的组成以及性能参数

从表1可知，本发明提供的稀土钼钨合金作为切割丝使用，电阻率皆小于0.080Ω·mm²/m，其单轴拉伸强度皆大于2200MPa，屈服应力皆大于2500MPa，直径的合金杆的最小起弧电流皆不大于4.5A，这说明本发明提供的稀土钼钨合金作为切割丝具有优良的导电导热性能和抗拉伸强度，以及较小的起弧电流，从而可以得到较大的切割电流及放电火花，极大的提高了切割效率。

对比例1-3

在对比例1-3中，其合金的制备过程与实施例1中的条件完全相同，只是改变了其组分的比例，具体如下表2所示：

表2对比例1-3中稀土钼钨合金的组成以及导电性能参数

在对比例1-3中，纯钼或是不包含稀土的钼钨合金的电阻率较高，机械性能比较低、起弧电流大，造成放电能力较差，在线切割使用时，承受的切割电流小、电火花也小，切割效率低于专利中提出的钼钨稀土合金丝。

通过实施例1-4与对比例1-3的结果对比，可以发现，由本发明提供的稀土钼钨合金制作得到的切割丝，其电阻率更小，起弧电流更小，且包括单轴拉伸强度和屈服应力在内的机械性能更优良，因此切割时可以得到较大的切割电流及放电火花，极大的提高了切割效率，且延长了寿命。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的。

Claims (10)

1.一种用于切割丝的稀土钼钨合金，其特征在于，按重量百分比计，其组成包含：74.8-98.5％的钼，0.5-25％的钨，0.2-3％的稀土。

2.根据权利要求1所述的用于切割丝的稀土钼钨合金，其特征在于，按重量百分比计，其组成包含：74.8-84.5％的钼，15-25％的钨，0.2-0.6％的稀土。

3.根据权利要求1所述的用于切割丝的稀土钼钨合金，其特征在于，按重量百分比计，其组成包含：84.5-89.5％的钼，10-15％的钨，0.4-0.8％的稀土。

4.根据权利要求1所述的用于切割丝的稀土钼钨合金，其特征在于，按重量百分比计，其组成包含：89.4-95％的钼，4-10％的钨，0.6-1.0％的稀土。

5.根据权利要求1所述的用于切割丝的稀土钼钨合金，其特征在于，按重量百分比计，其组成包含：95-98.5％的钼，0.5-4％的钨，0.2-3％的稀土。

6.一种如权利要求1-5任一项所述用于切割丝的稀土钼钨合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)混粉：按配方比例将稀土氧化物、钨粉、钼粉装入混料机中，混匀0.5-1.5h，得合成粉；

2)装粉：将合成粉装入胶套，用振动平台振动至均匀密实，加塞密封；

3)成型：将密封后的胶套放入冷等静压机中，加压、卸载、脱模，得到压坯；

4)预烧结：将压坯放入预烧炉，升温至1050-1150℃，保温20-30min，冷却至室温，得预烧坯；

5)烧结：将预烧坯放入中频感应炉，升温至2200±50℃，保温1-4h，得烧结坯；

6)压力加工：将烧结坯锻打开坯，然后进行退火、拉制处理。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中合成粉中稀土氧化物的粒径为150-220目筛，钨粉的费氏粒度为1.2-3.0μm，钼粉的费氏粒度为1.8-4.5μm。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述加压过程包括上压、保压和卸压过程；优选地，步骤3)中，所述上压过程为在5-6min内使压力由0MPa增加至145-165MPa；145-165MPa下的保压过程持续时间为1-5min，卸压过程持续时间为3-5min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，预烧结过程的升温速率为66-82℃/min，升温过程持续14-16min；优选地，步骤5) 中，烧结过程的升温速率为175-205℃/h，升温过程持续11-12h。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述退火过程包括感应退火方式或烧氢退火方式中的至少一个；优选地，所述感应退火方式是在1450-1550℃下处理4-6min；所述烧氢退火方式是在1150-1250℃下处理29-31min。