CN113025859B - 一种高强度高塑性钨合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强度高塑性钨合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种高强度高塑性钨合金材料及其制备方法。以所述材料的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：W粉85～97％、Fe‑Mn‑Al‑C系预合金粉3～15％、Y2O3粉0～1％，W粉的粒径≤10μm，Fe‑Mn‑Al‑C系预合金粉的粒径≤10μm，Y2O3粉的粒径≤3μm；所述材料以纳米碳化物强化的奥氏体相合金为基体，当Y2O3含量为0时，W均匀分布在所述基体上；当Y2O3含量不为0时，W和Y2O3均匀分布在所述基体上。所述材料经球磨混粉、热等静压烧结和固溶时效处理后得到，具有致密度高、组织均匀、优异的强度和塑性匹配、热膨胀系数小和耐蚀性好的特点。

Description

一种高强度高塑性钨合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种高强度高塑性钨合金材料及其制备方法。
背景技术
钨合金是指以钨为基体，向其中加入其它元素而组成的合金，目前常见的钨合金有钨镍铜合金、钨镍铁合金和钨铜合金等。钨合金具有高密度(16.5～18.6g/cm3)、高强度(900～1300MPa)、较好的塑性(3～20％)、优良的抗蚀性和抗氧化性以及高熔点、导热导电性能好等优点，因此广泛应用于国防工业和民用工业，如用作火箭喷管、压铸模具、穿甲弹芯、触点、发热体和隔热屏等。
然而，传统钨合金的强度和塑性匹配仍然不够理想，为了满足民用工业和国防工业相关领域应用钨合金材料更新换代的需求，研发一种兼具更高强度和优异塑性的钨合金势在必行。
Fe-Mn-Al-C系合金为一种析出强化型钢，其中Mn和C元素为促进奥氏体形成的元素，当钢中含有足够的Mn和C后可形成单一奥氏体基体。这种钢在固溶后的时效处理过程中，纳米(FeMnAl)3C碳化物从奥氏体基体中析出，对基体具有显著的强化效果。通过成分和工艺的控制，Fe-Mn-Al-C系合金抗拉强度可以达到1000～1500MPa，延伸率可以达到30～100％。通过Fe-Mn-Al-C系合金来改善钨合金的强度和塑性匹配，目前尚无相关报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强度高塑性钨合金材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高强度高塑性钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：W粉85～97％、Fe-Mn-Al-C系预合金粉3～15％、Y2O3粉0～1％，其中，W粉的粒径小于等于10μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径小于等于3μm；所述材料以纳米碳化物(FeMnAl)3C强化的奥氏体相Fe-Mn-Al-C合金为基体，当Y2O3含量为0时，W均匀分布在所述基体上；当Y2O3含量不为0时，W和Y2O3均匀分布在所述基体上。
优选地，以所述Fe-Mn-Al-C系预合金粉的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：Mn 20～33％，Al 5～10％，C 0.5～1.6％，余量为Fe。
优选地，所述Fe-Mn-Al-C系预合金粉经真空感应炉熔炼成钢锭后，再经雾化法制备得到，纯度大于等于99.9％。
优选地，所述W粉为还原W粉，粒径为3～5μm，纯度大于等于99.9％。
优选地，所述Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，纯度大于等于99.9％。
优选地，所述Y2O3粉的质量分数为0.05～0.3％。
一种高强度高塑性钨合金材料的制备方法，所述方法步骤如下：
(1)按质量百分数称取原料粉末W粉、Fe-Mn-Al-C系预合金粉和Y2O3粉，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀，得到混合粉末；
(2)将所述混合粉末装入包套中，抽真空后密封，然后将密封有混合粉末的包套放入热等静压炉进行烧结，得到烧结料；其中，烧结温度为1300℃～1500℃，压力为200MPa～400MPa，烧结时间为2h～5h；
(3)将所述烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为900℃～1100℃，保温时间1h～3h，随后水冷，时效温度为400℃～650℃，保温时间1h～4h，随后空冷，得到一种高强度高塑性钨合金材料。
优选地，球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为4～8:1，球磨速率为200rpm～400rpm，球磨时间为4h～12h。
有益效果：
本发明所述钨合金材料由钨相、奥氏体相Fe-Mn-Al-C和(FeMnAl)3C碳化物形成W-Fe-Mn-Al-C多相合金，所述材料组织为纳米碳化物强化的奥氏体基体上均匀分布微米级近球形钨颗粒，进一步所述基体上还可含有少量稀土相Y2O3。通过控制Fe-Mn-Al-C预合金粉的含量使所述W-Fe-Mn-Al-C多相合金具有致密度高、组织均匀、优异的强度和塑性匹配、热膨胀系数小和耐蚀性好的特点，其中密度为16.5～18.4g/cm3，屈服强度为900～1400MPa，抗拉强度为1000～1550MPa，延伸率为25～60％；在民用工业及军事工业中具有广泛的应用前景。
本发明所述方法通过原料粉末混合均匀后进行热等静压烧结，Fe-Mn-Al-C预合金形成成分均匀的奥氏体相加细小的第二相(FeMnAl)3C颗粒，并作为钨合金的基体；之后经固溶和时效处理后形成的纳米(FeMnAl)3C粒子均匀分布在奥氏体上的组织，纳米(FeMnAl)3C粒子作为强化相，其大小和数量可以通过固溶和时效处理工艺参数进行调控；进一步的在W-Fe-Mn-Al-C合金中加入少量Y2O3能有效抑制烧结过程中钨颗粒的聚集和长大，使合金进一步强韧化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
以下实施例中，所述W粉为还原钨粉；所述Fe-Mn-Al-C预合金粉的制备为本领域常规技术手段；球磨时采用行星式球磨机(南京大学，QM-3SP2)，所述合金材料的抗拉强度和延伸率均由准静拉伸试验所得的拉伸应力-应变曲线按GB/T228-2002测得。
实施例1
一种高强度高塑性钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：90％W、9.9％Fe-Mn-Al-C系预合金、0.1％Y2O3，所述的W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3均为粉状原料，其中W粉的粒径为3～5μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，三者纯度均为99.9％。以所述Fe-Mn-Al-C预合金的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：26％Mn，6％Al，1.2％C，余量为Fe，通过真空感应炉熔炼成钢锭后，再经水雾化制粉而得。
一种高强度高塑性钨合金材料的制备方法，所述方法步骤如下：
(1)按质量百分比称取W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3原料粉末，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀，得到混合粉末；其中球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为6:1，球磨速率为300rpm，球磨时间为10h。
(2)将步骤(1)所述的混合粉末装入包套中，抽真空后密封包套，然后将密封有混合粉的包套放入热等静压炉进行烧结，所述的烧结温度为1300℃，压力为350MPa，烧结时间为4h，出炉冷却后加工去除包套，得到烧结料。
(3)将步骤(2)获得的烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为1000℃，保温时间2h，随后水冷，时效温度为400℃，保温时间2h，随后空冷，得到一种高强度高塑性钨合金材料。
通过扫描电子显微镜(SEM)测试观察，所述材料的组织为纳米碳化物(FeMnAl)3C强化的奥氏体Fe-Mn-Al-C基体上均匀分布微米级近球形钨颗粒和Y2O3。
经测试，所述钨合金材料的密度为16.5g/cm3，抗拉强度为1210MPa，延伸率为60％。
实施例2
一种高强度高塑性钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：93％W、6.8％Fe-Mn-Al-C系预合金、0.2％Y2O3，所述的W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3均为粉状原料，其中W粉的粒径为3～5μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，三者纯度均为99.9％。以所述Fe-Mn-Al-C预合金的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：30％Mn，8％Al，0.8％C，余量为Fe，通过真空感应炉熔炼成钢锭后，再经水雾化制粉而得。
该高强度高塑性钨合金材料的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3各原料粉末，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀，得到混合粉末；其中球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为5:1，球磨速率为300rpm，球磨时间为4h。
(2)将步骤(1)所述的混合粉末装入包套，抽真空后密封包套，然后将密封有混合粉的包套放入热等静压炉进行烧结，所述的烧结温度为1350℃，压力为300MPa，烧结时间为5h，出炉冷却后加工去除包套，得到烧结料。
(3)将步骤(2)获得的烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为900℃，保温时间3h，随后水冷，时效温度为550℃，保温时间4h，随后空冷，得到一种高强度高塑性钨合金材料。
通过SEM测试观察，所述材料的组织为纳米碳化物(FeMnAl)3C强化的奥氏体Fe-Mn-Al-C基体上均匀分布微米级近球形钨颗粒和Y2O3。
经测试，所述钨合金材料的密度为17.2g/cm3，抗拉强度为1500MPa，延伸率为35％。
实施例3
一种高强度高塑性钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：93％W、6.9％Fe-Mn-Al-C系预合金、0.1％Y2O3，所述的W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3均为粉状原料，其中W粉的粒径为3～5μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，三者纯度均为99.9％。以所述Fe-Mn-Al-C预合金的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：22％Mn，5％Al，1.0％C，余量为Fe，通过真空感应炉熔炼成钢锭后，再经水雾化制粉而得。
该高强度高塑性钨合金材料的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3各原料粉末，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀，得到混合粉末；其中球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为5:1，球磨速率为400rpm，球磨时间为8h。
(2)将步骤(1)所述的混合粉末装入包套，抽真空后密封包套，然后将密封有混合粉的包套放入热等静压炉进行烧结，所述的烧结温度为1380℃，压力为400MPa，烧结时间为4h，出炉冷却后加工去除包套，得到烧结料。
(3)将步骤(2)获得的烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为1100℃，保温时间1h，随后水冷，时效温度为450℃，保温时间4h，随后空冷，得到一种高强度高塑性钨合金材料。
通过SEM测试观察，所述材料的组织为纳米碳化物(FeMnAl)3C强化的奥氏体Fe-Mn-Al-C基体上均匀分布微米级近球形钨颗粒和Y2O3。
经测试，所述钨合金材料的密度为17.5g/cm3，抗拉强度为1150MPa，延伸率为50％。
实施例4
一种高强度高塑性钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：95％W、4.7％Fe-Mn-Al-C系预合金、0.3％Y2O3，所述的W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3均为粉状原料，其中W粉的粒径为3～5μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，三者纯度均为99.9％。以所述Fe-Mn-Al-C预合金的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：28％Mn，6％Al，0.5％C，余量为Fe，通过真空感应炉熔炼成钢锭后，再经水雾化制粉而得。
该高强度高塑性钨合金材料的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3各原料粉末，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀得到混合粉末；其中球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为4:1，球磨速率为400rpm，球磨时间为8h。
(2)将步骤(1)所述的混合粉末装入包套，抽真空后密封包套，然后将密封有混合粉的包套放入热等静压炉进行烧结，所述的烧结温度为1400℃，压力为400MPa，烧结时间为3h，出炉冷却后加工去除包套，得到烧结料。
(3)将步骤(2)获得的烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为1050℃，保温时间2h，随后水冷，时效温度为600℃，保温时间1h，随后空冷，得到一种高强度高塑性钨合金材料。
通过SEM测试观察，所述材料的组织为纳米碳化物(FeMnAl)3C强化的奥氏体Fe-Mn-Al-C基体上均匀分布微米级近球形钨颗粒和Y2O3。
经测试，所述钨合金材料的密度为17.7g/cm3，抗拉强度为1450MPa，延伸率为25％。
实施例5
一种高强度高塑性钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：95％W、4.9％Fe-Mn-Al-C系预合金、0.1％Y2O3，所述的W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3均为粉状原料，其中W粉的粒径为3～5μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，三者纯度均为99.9％。以所述Fe-Mn-Al-C预合金的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：33％Mn，8％Al，1.5％C，余量为Fe，通过真空感应炉熔炼成钢锭后，再经水雾化制粉而得。
该高强度高塑性钨合金材料的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3各原料粉末，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀，得到混合粉末；其中球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为7:1，球磨速率为200rpm，球磨时间为12h。
(2)采用热等静压烧结的方法，将步骤(1)所述的混合粉末装入包套，抽真空后密封包套，然后将密封有混合粉的包套放入热等静压炉进行烧结，所述的烧结温度为1480℃，压力为200MPa，烧结时间为5h，出炉冷却后加工去除包套，得到烧结料。
(3)将步骤(2)获得的烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为900℃，保温时间2h，随后水冷，时效温度为500℃，保温时间4h，随后空冷，得到一种高强度高塑性钨合金材料。
通过SEM测试观察，所述材料的组织为纳米碳化物(FeMnAl)3C强化的奥氏体Fe-Mn-Al-C基体上均匀分布微米级近球形钨颗粒和Y2O3。
经测试，所述钨合金材料的密度为17.6g/cm3，抗拉强度为1380MPa，延伸率为50％。
实施例6
一种高强度高塑性钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：96％W、3.8％Fe-Mn-Al-C系预合金、0.2％Y2O3，所述的W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3均为粉状原料，其中W粉的粒径为3～5μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，三者纯度均为99.9％。以所述Fe-Mn-Al-C预合金的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：26％Mn，8％Al，1.5％C，余量为Fe，通过真空感应炉熔炼成钢锭后，再经水雾化制粉而得。
该高强度高塑性钨合金材料的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3各原料粉末，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀，得到混合粉末；其中球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为8:1，球磨速率为300rpm，球磨时间为10h。
(2)将步骤(1)所述的混合粉末装入包套，抽真空后密封包套，然后将密封有混合粉的包套放入热等静压炉进行烧结，所述的烧结温度为1350℃，压力为350MPa，烧结时间为3h，出炉冷却后加工去除包套，得到烧结料。
(3)将步骤(2)获得的烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为1000℃，保温时间1h，随后水冷，时效温度为600℃，保温时间2h，随后空冷，得到一种高强度高塑性钨合金材料。
通过SEM测试观察，所述材料的组织为纳米碳化物(FeMnAl)3C强化的奥氏体Fe-Mn-Al-C基体上均匀分布微米级近球形钨颗粒和Y2O3。
经测试，所述钨合金材料的密度为18.0g/cm3，抗拉强度为1520MPa，延伸率为25％。
实施例7
一种高强度高塑性钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：97％W、2.9％Fe-Mn-Al-C系预合金、0.1％Y2O3，所述的W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3均为粉状原料，其中W粉的粒径为3～5μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，三者纯度均为99.9％。以所述Fe-Mn-Al-C预合金的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：28％Mn，5％Al，0.9％C，余量为Fe，通过真空感应炉熔炼成钢锭后，再经水雾化制粉而得。
该高强度高塑性钨合金材料的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3各原料粉末，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀得到混合粉末；其中球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为5:1，球磨速率为400rpm，球磨时间为8h。
(2)将步骤(1)所述的混合粉末装入包套，抽真空后密封包套，然后将密封有混合粉的包套放入热等静压炉进行烧结，所述的烧结温度为1500℃，压力为300MPa，烧结时间为4h，出炉冷却后加工去除包套，得到烧结料。
(3)将步骤(2)获得的烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为1000℃，保温时间2h，随后水冷，时效温度为500℃，保温时间3h，随后空冷，得到一种高强度高塑性钨合金材料。
通过SEM测试观察，所述材料的组织为纳米碳化物(FeMnAl)3C强化的奥氏体Fe-Mn-Al-C基体上均匀分布微米级近球形钨颗粒和Y2O3。
经测试，所述钨合金材料的密度为18.3g/cm3，抗拉强度为1450MPa，延伸率为40％。
实施例8
一种高强度高塑性钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：95％W、5％Fe-Mn-Al-C系预合金，所述W、Fe-Mn-Al-C系预合金均为粉状原料，其中W粉的粒径为3～5μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，二者纯度均为99.9％。以所述Fe-Mn-Al-C预合金的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：28％Mn，7％Al，1.2％C，余量为Fe，通过真空感应炉熔炼成钢锭后，再经水雾化制粉而得。
该高强度高塑性钨合金材料的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取W和Fe-Mn-Al-C系预合金原料粉末，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀，得到混合粉末；其中球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为6:1，球磨速率为400rpm，球磨时间为8h。
(2)将步骤(1)所述的混合粉末装入包套，抽真空后密封包套，然后将密封有混合粉的包套放入热等静压炉进行烧结，所述的烧结温度为1500℃，压力为200MPa，烧结时间为4h，出炉冷却后加工去除包套，得到烧结料。
(3)将步骤(2)获得的烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为1000℃，保温时间2h，随后水冷，时效温度为550℃，保温时间2h，随后空冷，得到一种高强度高塑性钨合金材料。
通过SEM测试观察，所述材料的组织为纳米碳化物(FeMnAl)3C强化的奥氏体Fe-Mn-Al-C基体上均匀分布微米级近球形钨颗粒。
经测试，所述钨合金材料的密度为17.7g/cm3，抗拉强度为1300MPa，延伸率为27％。
对比例1
一种钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：98％W、1.9％Fe-Mn-Al-C系预合金、0.1％Y2O3，所述的W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3均为粉状原料，其中W粉的粒径为3～5μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，三者纯度均为99.9％。以所述Fe-Mn-Al-C预合金的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：26％Mn，6％Al，1.2％C，余量为Fe，通过真空感应炉熔炼成钢锭后，再经水雾化制粉而得。
该钨合金材料的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3各原料粉末，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀，得到混合粉末；其中球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为6:1，球磨速率为300rpm，球磨时间为10h。
(2)将步骤(1)所述的混合粉末装入包套，抽真空后密封包套，然后将密封有混合粉的包套放入热等静压炉进行烧结，所述的烧结温度为1300℃，压力为350MPa，烧结时间为4h，出炉冷却后加工去除包套，得到烧结料。
(3)将步骤(2)获得的烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为1000℃，保温时间2h，随后水冷，时效温度为400℃，保温时间2h，随后空冷，得到一种钨合金材料。
经测试，所述钨合金材料的密度为18.6g/cm3，抗拉强度为1510MPa，延伸率为7％。
由实施例1与对比例1可见，在烧结与后续热处理工艺相同的情况下，当Fe-Mn-Al-C系预合金含量低于3％时，虽然钨合金的强度略有提升，但延伸率大幅下降，导致强度塑性匹配不理想。
对比例2
一种钨合金材料，以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：81％W、18.9％Fe-Mn-Al-C系预合金、0.1％Y2O3，所述的W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3均为粉状原料，其中W粉的粒径为3～5μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，三者纯度均为99.9％。以所述Fe-Mn-Al-C预合金的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：26％Mn，6％Al，1.2％C，余量为Fe，通过真空感应炉熔炼成钢锭后，再经水雾化制粉而得。
该钨合金材料的制备包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取W、Fe-Mn-Al-C系预合金和Y2O3各原料粉末，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀，得到混合粉末；其中球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为6:1，球磨速率为300rpm，球磨时间为10h。
(2)将步骤(1)所述的混合粉末装入包套，抽真空后密封包套，然后将密封有混合粉的包套放入热等静压炉进行烧结，所述的烧结温度为1300℃，压力为350MPa，烧结时间为4h，出炉冷却后加工去除包套。
(3)将步骤(2)获得的烧结料进行烧结后热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为1000℃，保温时间2h，随后水冷，时效温度为400℃，保温时间2h，随后空冷，得到一种钨合金材料。
经测试，所述钨合金材料的密度为14.5g/cm3，抗拉强度为880MPa，延伸率为68％。
由实施例1与对比例2可见，在烧结与后续热处理工艺相同的情况下，当Fe-Mn-Al-C系预合金含量高于15％时，虽然钨合金的延伸率有一定提升，但强度大幅下降，导致强度塑性匹配不理想。
综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强度高塑性钨合金材料，其特征在于：以所述材料的原料组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：W粉85～97％、Fe-Mn-Al-C系预合金粉3～15％、Y2O3粉0～1％，其中，W粉的粒径小于等于10μm，Fe-Mn-Al-C系预合金粉的粒径小于等于10μm，Y2O3粉的粒径小于等于3μm；所述材料以纳米碳化物(FeMnAl)3C强化的奥氏体相Fe-Mn-Al-C合金为基体，当Y2O3含量为0时，W均匀分布在所述基体上；当Y2O3含量不为0时，W和Y2O3均匀分布在所述基体上；以所述Fe-Mn-Al-C系预合金粉的组成成分总质量为100％计，各成分及其质量百分数为：Mn 20～33％，Al 5～10％，C 0.5～1.6％，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的一种高强度高塑性钨合金材料，其特征在于：所述Fe-Mn-Al-C系预合金粉经真空感应炉熔炼成钢锭后，再经雾化法制备得到，纯度大于等于99.9％。
3.如权利要求1所述的一种高强度高塑性钨合金材料，其特征在于：所述W粉为还原W粉，粒径为3～5μm，纯度大于等于99.9％。
4.如权利要求1所述的一种高强度高塑性钨合金材料，其特征在于：所述Y2O3粉的粒径为0.1～1μm，纯度大于等于99.9％。
5.如权利要求1所述的一种高强度高塑性钨合金材料，其特征在于：所述Y2O3粉的质量分数为0.05～0.3％。
6.一种如权利要求1～5任意一项所述的高强度高塑性钨合金材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
(1)按质量百分数称取原料粉末W粉、Fe-Mn-Al-C系预合金粉和Y2O3粉，然后将所称取的原料粉末经球磨混合均匀，得到混合粉末；
(2)将所述混合粉末装入包套中，抽真空后密封，然后将密封有混合粉末的包套放入热等静压炉进行烧结，得到烧结料；其中，烧结温度为1300℃～1500℃，压力为200MPa～400MPa，烧结时间为2h～5h；
(3)将所述烧结料进行热处理，所述的热处理为固溶加时效处理，固溶温度为900℃～1100℃，保温时间1h～3h，随后水冷，时效温度为400℃～650℃，保温时间1h～4h，随后空冷，得到一种高强度高塑性钨合金材料。
7.如权利要求6所述的一种高强度高塑性钨合金材料的制备方法，其特征在于：球磨时，球磨罐为钨合金球磨罐，磨球为钨合金磨球，球料重量比为4～8:1，球磨速率为200rpm～400rpm，球磨时间为4h～12h。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116240437A (zh) * 2023-01-09 2023-06-09 北京理工大学 一种具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19508947A1 (de) * 1995-03-13 1996-09-19 Patentstelle Fuer Die Deutsche Verschleißfeste, anlaßbeständige und warmfeste Legierung
US6576037B1 (en) * 1998-10-16 2003-06-10 Eurotungstene Poudres Metal micropowders based on tungsten and/or molybdenum and 3D transition metals
CN102433480A (zh) * 2011-12-01 2012-05-02 北京理工大学 一种低骨架连通度钨铜合金材料及其制备方法
CN103031487A (zh) * 2011-09-29 2013-04-10 财团法人交大思源基金会 高强度、高延展性以及高耐腐蚀性铁锰铝碳合金的成份设计及其处理方法
CN105018814A (zh) * 2014-08-21 2015-11-04 太仓钧浩自行车科技有限公司 一种钨钼合金及其制备方法
CN109778042A (zh) * 2019-01-24 2019-05-21 中南大学 一种高强度钨基合金及其制备方法
CN111057926A (zh) * 2019-12-25 2020-04-24 自贡硬质合金有限责任公司 一种钨合金及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006057004A1 (de) * 2006-12-02 2008-06-05 H.C. Starck Gmbh Metallpulver

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19508947A1 (de) * 1995-03-13 1996-09-19 Patentstelle Fuer Die Deutsche Verschleißfeste, anlaßbeständige und warmfeste Legierung
US6576037B1 (en) * 1998-10-16 2003-06-10 Eurotungstene Poudres Metal micropowders based on tungsten and/or molybdenum and 3D transition metals
CN103031487A (zh) * 2011-09-29 2013-04-10 财团法人交大思源基金会 高强度、高延展性以及高耐腐蚀性铁锰铝碳合金的成份设计及其处理方法
CN102433480A (zh) * 2011-12-01 2012-05-02 北京理工大学 一种低骨架连通度钨铜合金材料及其制备方法
CN105018814A (zh) * 2014-08-21 2015-11-04 太仓钧浩自行车科技有限公司 一种钨钼合金及其制备方法
CN109778042A (zh) * 2019-01-24 2019-05-21 中南大学 一种高强度钨基合金及其制备方法
CN111057926A (zh) * 2019-12-25 2020-04-24 自贡硬质合金有限责任公司 一种钨合金及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ａｌ元素对Ｆｅ－Ｍｎ－Ａｌ－Ｃ钢微观组织和力学性能的影响;喇培清，汪科良等;《兰州理工大学学报》;20180630;第44卷(第3期);1-5 *
Dynamic failure and adiabatic shearbands in fine-grain 93W–4.9Ni–2.1Fe alloy with Y2O3 addition under lower high-strain-rate (HSR) compression;J.L. Fan、X. Gong;《Mechanics of Materials》;20101231;第42卷;24-30 *
Y2O3对93W-4.9Ni-2.1Fe合金力学性能及断裂过程的影响;姚志涛、王迎春等;《兵器材料科学与工程》;20080531;第31卷(第3期);45-47 *
镍铁顶预合金粉作粘结相对钨基高比重合金性能和组织的影响;周国安、黄继华等;《兵拐材料科攀与工程》;19960531;第19卷(第3期);21-25 *

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