CN112981180B - 一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法 - Google Patents

一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法，属于镍钨合金制备技术领域。按照镍钨合金药型罩材料中W、Nb、Co、Al以及Ti各元素的配比，采用真空感应熔炼技术和电渣重熔技术制备合金铸锭；然后对合金铸锭重复进行热处理、水冷淬火处理以及冷轧处理，直至冷轧处理后的合金中晶粒尺寸≤20μm，再将最后一次冷轧处理后的合金进行退火处理，得到密度为10g/cm3～12g/cm3以及延伸率≥40％的镍钨合金药型罩材料。本发明所述方法通过优化镍钨合金材料组成成分和工艺步骤、以及严格控制工艺参数，调控镍基合金力学性能和密度，得到中密度超高塑性镍钨基合金，满足药型罩材料的要求，而且该方法制备成本低，一致性好，易于工业化批量生产。

Description

一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法，属于镍钨合金制备技术领域。
背景技术
利用炸药爆轰的超高压力和药型罩的挤压作用形成的高速金属射流，可实现对装甲、钢筋混凝土工事、岩石等坚固目标的侵彻和破坏作用。该技术在军事和民用领域都得到了广泛的应用。其中的药型罩形成侵彻装甲的射流或爆炸成形弹丸，是空心装药破甲战斗部的关键部件。药型罩材料作为聚能能量的载体，其性能好坏直接影响射流质量的优劣。根据侵彻流体动力学理论，想要得到侵彻力强、渗透率高的药型罩，要求药型罩材料具备高密度、高声速以及极好的延展性等特点。金属射流的侵彻深度同射流密度与靶密度之比的平方根成正比关系，因此药型罩材料的密度越高，侵彻深度越深。材料的声速越高，射流的伸长速度越快，有利于射流侵彻装甲。而塑性好的材料易于加工成型，并且可形成侵彻性能良好的长射流，提高侵彻深度。
传统药型罩材料可分为纯金属和多相复合材料。纯金属药型罩常用材料有铜、镍、钨、钼、钽等。其中铜和镍都是锥形罩普遍使用的材料，塑性优良可达40％左右，易于获得延性射流。但是纯铜和镍金属药型罩材料的密度均不超过9g/cm3，较低的密度限制了药型罩的侵彻性能。密度更高的药型罩的候选材料常用钨、钽和钼等。钨的密度为19.3g/cm3，高温下具有良好动态塑性但室温下极脆。钽的密度为16.6g/cm3，也是较为优良的药型罩材料。虽然使用钨、钼及钽金属材料可以提高药型罩的密度，但其极高的熔点使得加工工艺难度和制造成本都较高。对于采用粉末冶金法制备的多相复合材料药型罩如W-Cu、Ta-Cu等，不可避免的存在成分不均、致密度低和气孔等现象。同时由于粉末精密制备技术及加工精度的限制，制备的药型罩形成金属射流时延展性不足，容易发生开裂气化，射流易离散导致侵彻性能下降。此外，目前常用的药型罩材料在密度为9g/cm3～16g/cm3之间存在空白区。因此设计和制备出密度在9g/cm3～16g/cm3之间塑性优良，且具备良好可加工性能和较低制造成本的材料对于药型罩的发展具有重要意义。
表1几种常用制备药型罩材料的性能
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发明内容
针对中密度药型罩材料存在的不足，本发明提供一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法，所制备的材料密度在10g/cm3～12g/cm3范围内连续可调，屈服强度达到500MPa以上，延伸率达到40％以上，弥补了药型罩材料在中等密度区域9g/cm3～16g/cm3范围内的空白。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法，所述镍钨合金药型罩材料的制备方法步骤如下：
(1)按照镍钨合金中各元素的配比，采用真空感应熔炼技术将合金液浇铸成电极；其中，镍钨合金中钨的质量含量为25％～45.5％；
(2)对步骤(1)所制备的电极进行电渣重熔定向凝固处理，得到合金铸锭；
(3)将步骤(2)所制备的合金铸锭在1150℃～1200℃下热处理不小于50h，之后进行水冷淬火；
(4)将步骤(3)水冷淬火后的合金铸锭切割后进行冷轧处理，厚度方向总变形量50％～80％；
(5)将步骤(4)冷轧处理后的合金在1080℃～1100℃下热处理1h～2h，之后进行水冷淬火；
(6)将步骤(5)水冷淬火后的合金进行冷轧处理，厚度方向总变形量20％～50％；
(7)按照步骤(5)和步骤(6)的条件，将步骤(6)冷轧处理后的合金重复进行热处理、水冷淬火处理、冷轧处理，直至冷轧处理后的合金中晶粒尺寸≤20μm；
(8)将最后一次冷轧处理后的合金在200℃～1100℃下退火2h～4h，得到密度为10g/cm3～12g/cm3以及延伸率≥40％的镍钨合金药型罩材料。
进一步地，所述镍钨合金药型罩材料的组成成分及各成分的质量百分数如下：W25％～45.5％，Nb 0～20％，Co 0～20％，Al 0～1.5％，Ti 0～1.5％，余量为Ni及不可避免的微量元素和杂质元素。
进一步地，步骤(1)中，以镍钨二元中间合金以及除钨外的其他元素对应的单质为原料制备成电极。
进一步地，步骤(1)中，真空感应熔炼的温度为1500℃～1700℃。
进一步地，步骤(2)中电渣重熔的电压为40V～49V，电流为4000A～4700A，抽锭速度为1mm/min～5mm/min。
进一步地，冷轧处理过程中，单次变形量不超过5％。
有益效果：
(1)本发明所述药型罩材料主要是利用镍元素中可以大量固溶钨元素(镍钨二元合金中W的wt.％＜38％时为单相固溶体)，并且可以保留金属镍的优良塑性的特点，通过在镍基合金中添加钨元素来提高密度，控制钨含量的不同可以达到密度在某一范围内连续可调。然而钨含量过高后会强烈损伤塑性，钨含量过低密度增加不大，因此将钨含量控制在25％～45.5％之间。
(2)本发明所述药型罩材料采用真空感应熔炼+电渣重熔+多步冷变形的工艺制备，通过优化工艺步骤以及严格控制工艺参数，调控镍基合金力学性能，得到超高塑性中密度镍钨基合金，满足药型罩材料的要求，而且该方法制备成本低，一致性好，易于工业化批量生产。
附图说明
图1为实施例1步骤7经过8次冷轧处理后的合金的金相组织图片。
图2为实施例1制备的镍钨合金药型罩材料准静态拉伸力学性能曲线图。
图3为实施例2制备的镍钨合金药型罩材料准静态拉伸力学性能曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1
一种中密度镍钨合金药型罩材料，所述镍钨合金药型罩材料的组成成分及各成分的质量百分数如下：W 39％，Nb 0％，Co 12％，Al 0.7％，Ti 0.7％，余量为Ni及不可避免的微量元素和杂质元素；所述镍钨合金药型罩材料的具体制备步骤如下：
(1)以镍钨二元中间合金以及除钨外的其他元素对应的单质为原料，按照镍钨合金中各元素的配比，采用真空感应熔炼技术在1700℃下熔炼成合金液，并将合金液浇铸成电极；
(2)对步骤(1)所制备的电极进行电渣重熔定向凝固处理，电渣重熔的电压为43V以及电流为4100A，抽锭速度为5mm/min，得到合金铸锭；
(3)将步骤(2)所制备的合金铸锭在1180℃下热处理50h，之后水冷淬火至室温；
(4)将步骤(3)水冷淬火后的合金铸锭切割成厚度为30mm板材，之后在室温下进行冷轧处理，厚度方向总变形量60％；
(5)将步骤(4)冷轧处理后的合金在1100℃下热处理1h，之后水冷淬火至室温；
(6)将步骤(5)水冷淬火后的合金进行冷轧处理，厚度方向总变形量20％；
(7)按照步骤(5)和步骤(6)的条件，将步骤(6)冷轧处理后的合金重复进行热处理、水冷淬火处理以及冷轧处理6次，第8次冷轧处理后的合金中晶粒尺寸≤15μm，如图1所示；
(8)将第8次冷轧处理后的合金在200℃下退火2h，得到密度为11.1g/cm3、屈服强度为500MPa以及延伸率为55％的镍钨合金药型罩材料，如图2所示。
其中，冷轧处理过程中，单次变形量不超过5％。
实施例2
一种中密度镍钨合金药型罩材料，所述镍钨合金药型罩材料的组成成分及各成分的质量百分数如下：W 42％，Nb 0％，Co 5％，Al 0％，Ti 0％，余量为Ni及不可避免的微量元素和杂质元素；所述镍钨合金药型罩材料的具体制备步骤如下：
(1)以镍钨二元中间合金以及除钨外的其他元素对应的单质为原料，按照镍钨合金中各元素的配比，采用真空感应熔炼技术在1700℃下熔炼成合金液，并将合金液浇铸成电极；
(2)对步骤(1)所制备的电极进行电渣重熔定向凝固处理，电渣重熔的电压为43V以及电流为4100A，抽锭速度为5mm/min，得到合金铸锭；
(3)将步骤(2)所制备的合金铸锭在1180℃下热处理50h，之后水冷淬火至室温；
(4)将步骤(3)水冷淬火后的合金铸锭切割成厚度为30mm板材，之后在室温下进行冷轧处理，厚度方向总变形量60％；
(5)将步骤(4)冷轧处理后的合金在1100℃下热处理1h，之后水冷淬火至室温；
(6)将步骤(5)水冷淬火后的合金进行冷轧处理，厚度方向总变形量35％；
(7)按照步骤(5)和步骤(6)的条件，将步骤(6)冷轧处理后的合金重复进行热处理、水冷淬火处理以及冷轧处理3次，第5次冷轧处理后的合金中晶粒尺寸≤20μm；
(8)将第5次冷轧处理后的合金在1100℃下退火2h，得到密度为11.4g/cm3、屈服强度为530MPa以及延伸率为40％的镍钨合金药型罩材料，如图3所示。
其中，冷轧处理过程中，单次变形量不超过5％。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法，其特征在于：所述镍钨合金药型罩材料的制备方法步骤如下，
(1)按照镍钨合金中各元素的配比，采用真空感应熔炼技术将合金液浇铸成电极；其中，镍钨合金中钨的质量含量为25％～45.5％；
(2)对步骤(1)所制备的电极进行电渣重熔定向凝固处理，得到合金铸锭；
(3)将步骤(2)所制备的合金铸锭在1150℃～1200℃下热处理不小于50h，之后进行水冷淬火；
(4)将步骤(3)水冷淬火后的合金铸锭切割后进行冷轧处理，厚度方向总变形量50％～80％；
(5)将步骤(4)冷轧处理后的合金在1080℃～1100℃下热处理1h～2h，之后进行水冷淬火；
(6)将步骤(5)水冷淬火后的合金进行冷轧处理，厚度方向总变形量20％～50％；
(7)按照步骤(5)和步骤(6)的条件，将步骤(6)冷轧处理后的合金重复进行热处理、水冷淬火处理、冷轧处理，直至冷轧处理后的合金中晶粒尺寸≤20μm；
(8)将最后一次冷轧处理后的合金在200℃～1100℃下退火2h～4h，得到密度为10g/cm3～12g/cm3以及延伸率≥40％的镍钨合金药型罩材料。
2.根据权利要求1所述的一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法，其特征在于：所述镍钨合金药型罩材料的组成成分及各成分的质量百分数如下：W 25％～45.5％，Nb 0～20％，Co 0～20％，Al 0～1.5％，Ti 0～1.5％，余量为Ni及不可避免的微量元素和杂质元素。
3.根据权利要求1所述的一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，以镍钨二元中间合金以及除钨外的其他元素对应的单质为原料制备成电极。
4.根据权利要求1所述的一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，真空感应熔炼的温度为1500℃～1700℃。
5.根据权利要求1所述的一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中电渣重熔的电压为40V～49V，电流为4000A～4700A，抽锭速度为1mm/min～5mm/min。
6.根据权利要求1所述的一种中密度超高塑性镍钨合金药型罩材料的制备方法，其特征在于：冷轧处理过程中，单次变形量不超过5％。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115992326A (zh) * 2021-10-20 2023-04-21 中国科学院上海应用物理研究所 高温熔盐环境用不含Cr的镍基合金及其制备方法
CN114959395A (zh) * 2022-04-12 2022-08-30 北京理工大学 一种用于爆炸成型弹丸药型罩的单相钨合金及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100275800A1 (en) * 2004-04-30 2010-11-04 Stawovy Michael T Single Phase Tungsten Alloy for Shaped Charge Liner
CN109371286A (zh) * 2018-12-17 2019-02-22 河南师范大学 一种无铁磁性立方织构Ni基合金基带及其制备方法
CN109881048A (zh) * 2019-02-28 2019-06-14 北京理工大学 一种高强度高塑性Ni-W-X合金制备方法
CN111004943A (zh) * 2020-01-06 2020-04-14 河南师范大学 一种高性能镍钒铜磷合金基带的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100275800A1 (en) * 2004-04-30 2010-11-04 Stawovy Michael T Single Phase Tungsten Alloy for Shaped Charge Liner
CN109371286A (zh) * 2018-12-17 2019-02-22 河南师范大学 一种无铁磁性立方织构Ni基合金基带及其制备方法
CN109881048A (zh) * 2019-02-28 2019-06-14 北京理工大学 一种高强度高塑性Ni-W-X合金制备方法
CN111004943A (zh) * 2020-01-06 2020-04-14 河南师范大学 一种高性能镍钒铜磷合金基带的制备方法

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