CN113427003B - 一种大规格钨棒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大规格钨棒及其制备方法。该大规格钨棒的制备方法包括：将钨源材料依次进行预处理、压制成型、烧结处理、锻造变形处理、退火处理、成品加工处理，制得钨棒成品；其中，所述锻造变形处理采用多道次降温锻造变形，所述多道次降温锻造变形选自单一快锻变形或快锻与精锻连续变形；本发明制备方法简便易控、生产效率高，原材料利用率高；本发明制得的钨棒产品的尺寸为φ60×2500～φ150×1500mm，其具有致密度高、组织均匀、硬度大等优良特性，有效提高钨杆产品的使用性能和使用寿命，满足市场的需要。

Description

一种大规格钨棒及其制备方法
技术领域
本发明属于难熔金属粉末冶金及变形加工技术领域，具体涉及一种大规格钨棒及其制备方法。
背景技术
金属钨具有高熔点、导热性能好、热膨胀系数小、高温强度高和耐腐蚀等特性外，还具有长期耐高温特性，使得钨制品被广泛应用在单晶硅晶圆制备、石英玻璃熔融、稀土元素提纯等高温工业场合。
以比较典型的大规格(直径60～150mm)钨棒应用为例：钨芯杆是石英连熔炉的关键部件之一，起到确保成型器位置不偏移和石英产品厚度及形状均匀不偏心的作用；钨电极可用于加热熔融石英。近年来，随着石英行业新技术、新装备的快速发展，传统烧结态或小变形量锻造钨芯杆因其致密度不高、强度低、尺寸普遍偏小等缺点，已逐渐不能满足石英产品工业生产的性能要求。此外，经调研发现，因技术难度大，具有制备大规格、高致密度的钨芯杆以及钨电极能力的厂家寥寥无几，目前国内主要依赖进口，其售价往往高达数十万元/根。
行业传统钨棒的变形方式主要包括锤锻、旋锻、热挤压、轧制等方法。但是，空气锤、电液锤等设备强烈的瞬时冲击容易导致低塑性金属开裂，不适用于大规格钨棒的生产；精锻设备锻深不足，变形时表、内层金属流动差异大导致钨棒横向组织不均匀，无法稳定生产组织均匀的大规格钨棒，仅能用于中小尺寸钨棒生产；旋锻和热挤压设备普遍功率偏小，变形能力有限，目前仅能用于制备小尺寸钨棒；受材料特性和设备能力限制，轧制棒材普遍直径不大。
发明内容
针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明旨在提供一种大规格钨棒及其制备方法，解决了当前大规格钨杆产品锻造易开裂、制备困难的问题，克服致密度较低、强度不佳的缺点。本发明制备方法简便易控、生产效率高，原材料利用率高；本发明制得的钨棒产品的尺寸为φ60×2500～φ150×1500mm(直径×长度)，其具有致密度高、组织均匀、硬度大等优良特性，有效提高钨杆产品的使用性能和使用寿命，满足市场的需要。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种大规格钨棒的制备方法，包括：
将钨源材料依次进行预处理、压制成型、烧结处理、锻造变形处理、退火处理、成品加工处理，制得钨棒成品；
其中，所述锻造变形处理采用多道次降温锻造变形，所述多道次降温锻造变形选自单一快锻变形或快锻与精锻连续变形。
在本发明中，多道次降温锻造变形是指下一道次的锻造温度小于上一道次的锻造温度，或者下一道次的锻造温度与上一道次的锻造温度相同但下一道次的保温时间(即每一道次锻造前加热保温的时间)小于上一道次的保温时间。锻造过程中，不采用降温锻造的方式，会使钨棒发生再结晶，导致晶粒粗大、组织不均匀和力学性能下降，升温锻造更甚。
具体地，所述制备方法中：
预处理步骤：选择符合要求的原料粉末，进行过筛处理；
压制成型步骤：对所述预处理步骤得到的粉末进行压制成型处理，得到钨压坯；
烧结处理步骤：对所述钨压坯进行烧结处理，得到钨烧坯；
锻造变形处理步骤：对所述钨烧坯进行锻造变形处理，得到锻造钨棒坯；
退火处理步骤：对所述锻造钨棒坯进行退火处理并矫直，得到钨棒半成品；
成品加工处理步骤：对所述钨棒半成品进行酸洗表面或车削加工，得到钨棒成品。
在一些实施方式中，所述多道次降温锻造变形至少进行三道次；优选地，所述多道次降温锻造变形进行3-7道次；更优选地，所述多道次降温锻造变形为三道次或四道次。
本发明中多道次降温锻造变形选自单一快锻变形或快锻与精锻连续变形，其中，对于采用快锻和精锻连续变形的技术方案，其主要利用前期快锻变形锻深大，锻造速度快，后期精锻过程加工快速精密，可修整表面凹坑、焊合微裂纹、消除褶皱等表面缺陷，减少车光留量，提高材料利用率和产出比；采用快锻与精锻连续变形解决了常规锤锻和精锻变形方法变形量小、内外组织差异大、生产效率低等问题；制备得到的大规格钨棒表面光洁度、圆整度及直线度均得到显著提高且具有致密度高、组织均匀、硬度大等优良特性；
但对于过大直径钨棒(直径在120-150mm)的生产，由于受精锻机功率普遍较小影响，不适用于快锻和精锻连续变形的技术方案，所以采用单一快锻变形的技术方案；对于采用单一快锻变形的加工方式，其具有加工变形量大、变形道次少、能够降低开裂风险等优点；制备得到的大规格钨棒具有致密度高、组织均匀、硬度大等优良特性。
在一些实施方式中，所述多道次单一快锻变形至少进行三道次；优选地，所述单一快锻变形中，第一道次的锻造温度(即进行第一道次锻造前加热的温度)为1600～1650℃(比如1610℃、1620℃、1630℃、1640℃)，剩余道次锻造温度(即进行剩余道次锻造前加热的温度)为1500～1600℃(比如1520℃、1540℃、1560℃、1580℃)，各道次保温时间(即进行各道次锻造前加热保温时间)为10～50min(比如15min、25min、35min、45min)；优选地，所述快锻变形中每道次的变形量为15～35％(比如18％、21％、24％、27％、30％、33％)；优选地，所述快锻变形的锻造速度为80～108mm/s(比如85mm/s、90mm/s、95mm/s、100mm/s、105mm/s)；优选地，所述快锻变形采用一火一道次方法加工。
在一些实施方式中，所述单一快锻变形的总变形量为45-80％(比如50％、60％、70％、80％)。
本发明中单一快锻变形中，每道次变形前的锻造温度(也可称为加热温度)和保温时间，可保证坯料充分受热，塑性提高，变形抗力显著降低，有利于坯料锻压变形和保证组织均匀性；当变形前的锻造温度过高或保温时间过长时，会导致晶粒粗大，影响产品质量；当变形前的锻造温度过低或保温时间过短会时，会导致钨棒加工硬化，增加锻压设备工作负担；道次变形量过大，会导致加工硬化加剧；道次变形量过小，锻深不足，导致钨棒组织不均匀。
在一些实施方式中，所述快锻与精锻连续变形为，先进行快锻变形，再进行精锻变形；优选地，所述快锻变形至少进行两道次，所述精锻变形进行一道次或两道次；优选地，所述快锻变形和所述精锻变形均采用一火一道次方法加工；优选地，所述总变形量为45-80％(比如50％、60％、70％、80％)；
优选地，在所述快锻与精锻连续变形的快锻变形中，第一道次的锻造温度为1600～1650℃(比如1610℃、1620℃、1630℃、1640℃)，剩余道次锻造温度为1500～1600℃(比如1520℃、1540℃、1560℃、1580℃)，各道次保温时间为10～50min(比如15min、25min、35min、45min)；优选地，所述快锻变形的每道次的变形量为15～35％(比如18％、21％、24％、27％、30％、33％)；优选地，所述快锻变形的锻造速度为80～108mm/s(比如85mm/s、90mm/s、95mm/s、100mm/s、105mm/s)；
优选地，所述精锻变形的锻造温度为1450～1550℃(比如1470℃、1490℃、1510℃、1530℃)，保温时间为5-20min(比如8min、11min、14min、17min)；优选地，所述精锻变形的锻造频率为100～300次/min(比如150次/min、200次/min、250次/min)，送给速度为1～3m/min(比如1.5m/min、2m/min、2.5m/min)；优选地，所述精锻变形的每道次变形量为10～25％(比如14％、18％、22％、24％)；优选地，所述精锻变形采用径向精锻机进行拔长锻造。
本发明中前期大变形量的快锻变形锻深大，可有效细化晶粒，提高钨棒的组织均匀性和综合力学性能；后期小变形量的精锻变形加工快速精密，可修整表面凹坑、焊合微裂纹、消除褶皱等表面缺陷，提高其表面光洁度、圆整度及直线度，有效减小机加工留量，且不会出现内外组织不均匀等问题；上述各道次变形前的加热温度和保温时间，可保证坯料充分受热，塑性提高，变形抗力显著降低，有利于坯料锻压变形和保证组织均匀性；当变形前的锻造温度过高或保温时间过长时，会导致晶粒粗大，影响产品质量；当变形前的锻造温度过低或保温时间过短会时，会导致钨棒加工硬化，增加锻压设备工作负担；道次变形量过大，会导致加工硬化加剧；道次变形量过小，锻深不足，导致钨棒组织不均匀。
在一些实施方式中，所述预处理包含：选择符合要求的钨源材料，将所述钨源材料进行过筛处理；优选地，所述钨源材料为纯钨粉或纯钨粉-金属氧化物混合粉(即钨粉中含有金属氧化物掺杂相)，金属氧化物为La2O3、Y2O3、CeO2、ThO2、ZrO2等中的一种或多种，所述钨粉-金属氧化物混合粉包括但不限于一元至多元掺杂金属氧化物混合钨合金，如W-La2O3、W-CeO2、W-ZrO2、W-ThO2、W-Y2O3、W-La2O3-CeO2、W-La2O3-Y2O3、W-La2O3-Y2O3-ZrO2、W-La2O3-Y2O3-ZrO2-ThO2等；所述钨源材料为市售产品或按照配比要求进行混合制备钨粉-金属氧化物混合粉，其中，所述钨粉-金属氧化物混合粉中，按照质量百分比，所述金属氧化物为0.5％-5％，余量为钨粉；优选地，所述混合制备的方法选自液-液掺杂法、固-液掺杂法、固-固掺杂法或固/液-固掺杂法。
在一些实施方式中，对于一元及二元钨合金(即钨粉中掺杂一种或两种金属氧化物的混合粉)，采用固-液掺杂法制备；上述制备方法制备的混合粉中金属氧化物第二相颗粒细小，能够均匀分布在钨基体晶粒间，从而使得弥散强化更加均匀，比如W-La2O3粉末、W-ThO2粉末和W-La2O3-ThO2粉末多采用固-液掺杂方法制备，即将APT或蓝钨等原材料与硝酸镧或硝酸钍酒精溶液充分混合后经过烘干煅烧、二次还原等步骤制得。
在一些实施方式中，对于三元及多元合金(即钨粉中掺杂三种或更多种金属氧化物的混合粉)，采用固/液-固掺杂法，即第一种和第二种金属氧化物以上述固-液掺杂法的方式掺入钨粉中，第三种或多种金属氧化物以固态粉末方式按照配比要求，通过机械混合方法均匀加入到上述采用固-液掺杂法制得的二元掺杂钨合金粉末中，比如V型混料法、三维混料法、球磨混料法等；优选地，所述机械混合方法为球磨混料法，因为该方法在混合过程中，可破碎粉末大颗粒，提高粉末粒度分布集中性，混合更加均匀。
在一些实施方式中，所述钨源材料的平均粒度为2.0～4.0μm(比如2.5μm、3μm、3.5μm)，松装密度为4.0～8.0g/cm3(比如4.5g/cm3、5.5g/cm36.5g/cm3、7.5g/cm3)，通过选取平均粒度适中和粒度分布集中的钨源材料，能够获得紧实度高的压坯，有利于烧结排杂，制得加工性能好的烧结坯；优选地，所述过筛处理中的筛孔为150～200目；优选地，所述筛孔为160～180目(比如160目、170目、180目)，过筛处理在振动筛下过筛，筛除掉团聚大颗粒，从而提高钨源材料的均匀性，降低压坯出现起皮、分层的缺陷风险。
在一些实施方式中，所述压制成型为冷等静压成型；优选地，所述冷等静压成型的压强为180～240MPa(比如180MPa、190MPa、200MPa、210MPa、220MPa)，保压时间为10-15min(比如11min、12min、13min、14min)；更优选地，在所述压制成型前，将所述钨源材料装入橡胶或聚氨酯等模具中捣实压平之后将模具密封。
在一些实施方式中，所述烧结处理在真空、还原性或惰性气氛下进行，有效烧结温度为600～2300℃，烧结总时间为45～60h；优选地，所述烧结包括低温烧结和高温烧结；优选地，所述低温烧结温度为600～1800℃，所述高温烧结温度为1800～2300℃；优选地，所述低温烧结为以30～60℃/h(比如45℃/h、50℃/h、55℃/h)由600℃升温至1800℃，保温5～10h(比如6h、7h、8h、9h)；优选地，所述高温烧结为以40～80℃/h(比如50℃/h、60℃/h、70℃/h)继续升温至2300℃，保温4～8h(比如5h、6h、7h)；优选地，所述气氛为氢气、氮气或氩气；优选地，所述烧结在中频感应加热炉中进行；优选地，所述钨烧坯致密度达到90％以上。
本发明中低温烧结主要完成热传导和碳硫氧等低熔点杂质的挥发、排杂过程，高温烧结主要完成高熔点杂质的排杂和气孔闭合过程，有利于提高钨烧坯的密度和强度；低温阶段过短或高温阶段过长容易导致排杂不完全，并出现显微缺陷，影响产品纯度和变形加工性能；低温阶段过长或高温阶段过短容易导致烧结坯致密性差、强度低，严重影响塑性加工；若烧结最高温度低于1800℃，烧结坯密度较低；若高于2300℃，则烧结坯晶粒容易长大，组织出现不均匀及明显恶化情况，因此烧结温度低于1800℃或者高于2300℃均会影响锻造合格率。
在一些实施方式中，所述退火处理在真空或氢气、氮气、氩气等气氛下进行，退火温度为1150～1300℃(比如1150℃、1180℃、1200℃、1250℃、1300℃)，保温时间为2～3h(比如2h、2.5h、3h)。
本发明中退火处理的主要目的在于去除锻造变形中的内应力，退火处理的温度过高或时间过长，钨棒会发生再结晶，导致晶粒粗大；温度过低或时间过短导致变形应力残余，切削加工时会产生显微裂纹，严重时导致整根产品报废。
在一些实施方式中，所述成品加工处理采用酸洗方法或车削方法；优选地，所述酸洗方法中的酸洗液为氢氟酸和浓盐酸质量分数1:1混合溶液。
本发明第二方面提供了一种大规格钨棒，所述大规格钨棒采用上述制备方法制得；优选地，所述大规格钨棒的直径为60-150mm(比如60mm、80mm、100mm、120mm、140mm)。
本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本发明预处理步骤，通过多种灵活高效的掺杂方式，克服了单一固-液或液-液掺杂制备过程复杂繁琐、容易带入杂质、生产成本高等缺点，尤其是本发明在制备三元及多元金属氧化物掺入的钨合金时采用固/液-固机械混合方式制备，简化生产流程，显著地降低了产品成本和生产难度，可制备金属氧化物含量较高(0.5％～5％)的掺杂钨合金粉末。常规的固/液-液方法，金属氧化物含量不会太高，一般≤2％。
(2)本发明烧结处理步骤中，采用低温烧结和高温烧结两个阶段，低温烧结主要完成热传导和碳硫氧等低熔点杂质的挥发、排杂过程，高温烧结主要完成高熔点杂质的排杂和气孔闭合过程，有利于提高烧结坯的密度和强度；通过本发明方法可获得杂质含量低且致密度较高、组织均匀、具备良好变形能力(相同锻造变形量下，本发明烧结坯不易出现开裂等缺陷)的
Figure BDA0003138968020000071
以上钨烧结坯。其中，保证其他杂质含量低于0.05％，烧结坯密度达到理论密度的90％以上。
(3)本发明锻造变形处理步骤中，采用快锻和精锻结合变形方式实施，前期快锻变形锻深大，锻造速度快，解决了常规锤锻和精锻变形方法变形量小、内外组织差异大、生产效率低等问题；后期精锻过程加工快速精密，可修整表面凹坑、焊合微裂纹、消除褶皱等表面缺陷。相对于常规锤锻和快锻变形方法，精锻可显著提高钨棒表面光洁度、圆整度及直线度，有效减小机加工留量，节约材料成本，且不会出现组织不均匀等问题。与此同时，合理的锻造工艺可细化晶粒，避免产生开裂等缺陷，提高钨棒组织均匀性和力学性能。
(4)本发明锻造变形处理步骤中，采用单一快锻变形方式实施，能够解决对于过大直径(直径在120-150mm)钨棒的生产，由于受精锻机功率普遍较小影响，不适用于快锻和精锻连续变形的实施方式，对于采用单一快锻变形的加工方式，其具有加工变形量大、变形道次少、能够降低开裂风险等优点。
(5)本发明公开了一种大规格钨棒的制备方法，通过本发明制备得到的钨棒尺寸突破常规，产品尺寸可扩大至
Figure BDA0003138968020000081
单重可达100～500kg/根，致密度达到98％以上，晶粒度达到3～8级，硬度达到410HV以上，纯度达到99.95％以上，优于当前行业制备水平。
附图说明
为更清晰地描述本发明，此处结合附图对本发明进一步说明。其中：
图1为实施例1制得的
Figure BDA0003138968020000082
纯钨棒材的金相组织；
图2为实施例2制得的
Figure BDA0003138968020000083
W-CeO2棒材的金相组织；
图3为实施例3制得的
Figure BDA0003138968020000084
W-La2O3-Y2O3棒材的金相组织。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进或应用的基础，并不以任何方式构成对本发明的具体限制。
本发明的具体实施方式提供的一种大规格钨棒的制备方法，包含如下步骤：
S1、预处理：选择平均粒度为2.0～4.0μm、松装密度为4.0～8.0g/cm3的钨源材料，然后将钨源材料过150～200目的筛网，去除大颗粒，得到粉末状钨源材料；
S2、压制成型：将粉末状钨源材料装入模具中，然后进行压强为180～240MPa、保压时间为10-15min的冷等静压成型处理，得到
Figure BDA0003138968020000085
钨压坯；
S3、烧结处理：将钨压坯装入氢气中频感应炉进行低温烧结和高温烧结，低温烧结为以30～60℃/h由600℃升温至1800℃，保温5～10h，高温烧结为以40～80℃/h继续升温至2300℃，保温4～8h，得到
Figure BDA0003138968020000086
钨烧坯；
S4、锻造变形处理：将钨烧坯进行多道次降温锻造变形，多道次降温锻造变形采取单一快锻变形或快锻与精锻连续变形，得到锻造钨棒坯；其中，在快锻变形中，锻造速度为80～108mm/s，每道次的变形量为15～35％，第一道次的温度范围为1600～1650℃，剩余道次锻造温度为1500～1600℃，各道次保温时间为10～50min；
在精锻变形中，锻造频率为100～300次/min，送给速度为1～3m/min，每道次变形量为10～25％，锻造温度为1450～1550℃，保温时间为5-20min；
S5、退火处理：将锻造钨棒坯在真空或氢气、氮气、氩气等气氛下进行退火，退火温度为1150～1300℃，保温时间为2～3h，得到半成品；
S6、成品加工处理：将半成品矫直后，采用酸洗方法或车削方法进行加工，得到钨棒成品。
以下实施例中所用原料均可由市场购得；锻造变形过程所用设备为快速锻造机和四锤径向精锻机。
实施例1：一种大规格钨棒的制备方法，包含如下步骤：
S1、预处理：
选择符合GB/T 3458-2006国家标准的FW-1型钨粉(产品规格为20)，其平均粒度为2.65μm，松装密度为3.59g/cm3，然后将其在160目振动筛下筛分。
S2、压制成型：
将筛分后的钨粉装入橡胶模具中捣实压平、密封，然后将其在冷等静压机下进行压力为220MPa，保压12min的压型处理，得到
Figure BDA0003138968020000091
的钨压坯。
S3、压坯烧结：
将钨压坯装入氢气中频感应炉进行烧结，有效烧结温度范围600～2300℃，有效烧结时间为45h(烧结过程为：以60℃/h的速率从600℃升温到1800℃，保温10h，再以50℃/h的速率继续升温到2300℃，保温5h)，随后缓慢降至100℃左右开炉取出烧结坯，其尺寸为
Figure BDA0003138968020000092
制得钨烧坯。
S4、锻造变形处理：
将钨烧坯进行四道次变形加工，得到锻造钨棒坯；
其中，一、二道次为快锻变形，三、四道次为精锻变形，开坯第一道次变形温度为1600℃，保温40min后经快速锻造机锻压开坯，道次变形量为33.1％，锻后直径为90mm，锻造速度为90mm/s；第二道次变形温度为1550℃，保温20min后继续锻压变形，道次变形量为30.6％，锻后直径为75mm，锻造速度为105mm/s；第三道次变形温度为1530℃，保温10min后经径向精锻机进行拔长锻造，锻造频率为240次/min，送给速度为2m/min，道次变形量为24.9％，锻后直径为65mm；第四道次变形温度为1500℃，保温10min后变形加工，锻造频率为280次/min，送给速度为2.5m/min，道次变形量为14.8％，锻后直径约为
Figure BDA0003138968020000101
S5、退火处理：
将锻造钨棒坯在氢气保护下加热至1150℃，保温3h，以消除残余应力。
S6、成品加工处理：
将半成品矫直后，采用酸洗方法加工至
Figure BDA0003138968020000102
成品，其中，酸洗方法中的酸洗液为氢氟酸和浓盐酸质量分数1:1混合溶液。
图1为
Figure BDA0003138968020000103
钨棒金相组织。经过检测(晶粒度检测按照新版GB/TT6394-2017《金属平均晶粒度测定法》进行；密度检测按照GB/T 3850-2015《致密烧结金属材料与硬质合金密度测定方法》进行；硬度检测按照GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验第1部分:试验方法》进行；纯度检测按照GB/T 4324-2012《钨化学分析方法》进行)发现：采用本发明方法制得的
Figure BDA0003138968020000104
钨棒，整体晶粒均匀，晶粒度达到4级；密度为19.23g/cm3，致密度为99.3％；硬度为415.5HV；纯度达到99.95％以上。
实施例2：一种大规格钨棒的制备方法，包含如下步骤：
S1、预处理：
选择W-CeO2掺杂的钨粉(即按照质量百分比，在掺杂钨粉中，CeO22.0％，余量为W)，其平均粒度为2.4μm，松装密度为3.54g/cm3，然后将其在180目振动筛下筛分。
S2、压制成型：
将筛分后的掺杂钨粉装入橡胶模具中捣实压平、密封，然后将其在冷等静压机下进行压力为220MPa，保压10min的压型处理，得到
Figure BDA0003138968020000105
的钨压坯。
S3、压坯烧结：
将钨压坯装入氢气中频感应炉进行烧结，有效烧结温度范围600～2300℃，有效烧结时间为53h(烧结过程为：以40℃/h的速率从600℃升温到1800℃，保温8h，再以50℃/h的速率继续升温到2300℃，保温5h)，随后缓慢降至100℃左右开炉取出烧结坯，其尺寸为
Figure BDA0003138968020000115
制得钨烧坯。
S4、锻造变形处理：
将钨烧坯进行三道次变形加工，得到锻造钨棒坯；
其中，一、二道次为快锻变形，三道次为精锻变形，开坯第一道次变形温度为1650℃，保温30min后经快速锻造机锻压开坯，道次变形量为34％，锻后直径为130mm，锻造速度为88mm/s；第二道次变形温度为1580℃，保温15min后继续锻压变形，道次变形量为28.4％，锻后直径为110mm，锻造速度为97mm/s；第三道次变形温度为1550℃，保温15min后经径向精锻机进行拔长锻造，锻造频率为220次/min，送给速度为1.8m/min，道次变形量为17.4％，锻后直径约为
Figure BDA0003138968020000114
S5、退火处理：
将锻造钨棒坯在氢气保护下加热至1250℃，保温2.5h，以消除残余应力，得到半成品。
S6、成品加工处理：
将半成品矫直后，采用车削方法加工至
Figure BDA0003138968020000113
成品。
图2为
Figure BDA0003138968020000112
W-CeO2棒材金相组织。采用本发明方法制得的
Figure BDA0003138968020000111
W-CeO2棒材，整体晶粒均匀，晶粒度达到5级；密度为18.5g/cm3，致密度为99％；硬度为423.2HV；纯度达到99.95％以上。
实施例3：一种大规格钨棒的制备方法，包含如下步骤：
S1、预处理：
选择W-La2O3-Y2O3(首先通过固液掺杂的方式制得镧钨掺杂钨合金粉末，再通过高能球磨混合方法加入Y2O3固态粉末到上述镧钨掺杂钨合金粉末中，其中按照质量分数La2O3为2.0％，Y2O3为0.5％，余量为W)，其平均粒度为3.38μm，松装密度为5.67g/cm3，然后将其在160目振动筛下筛分。
S2、压制成型：
将筛分后的掺杂钨粉装入聚氨酯模具中捣实压平、密封，然后将其在冷等静压机下进行压力为240MPa，保压15min的压型处理，得到
Figure BDA0003138968020000126
的钨压坯。
S3、压坯烧结：
将钨压坯装入氢气中频感应炉进行烧结，有效烧结温度范围600～2300℃，有效烧结时间为60h(烧结过程为：以40℃/h的速率从600℃升温到1800℃，保温10h，再以50℃/h的速率继续升温到2300℃，保温7.5h)，随后缓慢降至100℃左右开炉取出烧结坯，其尺寸为
Figure BDA0003138968020000125
制得钨烧坯。
S4、锻造变形处理：
将钨烧坯进行三道次快锻变形加工，得到锻造钨棒坯；
其中，开坯第一道次变形温度为1650℃，保温40min后经快速锻造机锻压开坯，道次变形量为22.4％，锻后直径为185mm，锻造速度80mm/s；第二道次变形温度为1580℃，保温20min后继续锻压变形，道次变形量为22.4％，锻后直径为165mm，锻造速度为90mm/s；第三道次变形温度为1580℃，保温15min后继续锻压变形，道次变形量为15.1％，锻造速度为90mm/s，锻后直径为
Figure BDA0003138968020000124
S5、退火处理：
将锻造钨棒坯在氢气保护下加热至1300℃，保温3h，以消除残余应力，得到半成品。
S6、成品加工处理：
将半成品矫直后，采用车削方法加工至
Figure BDA0003138968020000123
成品。
图3为
Figure BDA0003138968020000122
W-La2O3-Y2O3棒材金相组织。采用本发明方法制得的
Figure BDA0003138968020000121
W-La2O3-Y2O3钨棒材，整体晶粒均匀，晶粒度达到5.5级；密度为18.32g/cm3，致密度为98.8％；硬度为428HV；纯度达到99.95％以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (22)

1.一种大规格钨棒的制备方法，其特征在于，包括：将钨源材料依次进行预处理、压制成型、烧结处理、锻造变形处理、退火处理、成品加工处理，制得钨棒成品；
其中，所述锻造变形处理采用多道次降温锻造变形，所述多道次降温锻造变形选自单一快锻变形或快锻与精锻连续变形；
所述单一快锻变形至少进行三道次，所述单一快锻变形中，第一道次的锻造温度为1600～1650℃，剩余道次锻造温度为1500～1600℃，各道次保温时间为10～50min；每道次的变形量为15～35%，锻造速度为80～108mm/s；
所述快锻与精锻连续变形为先进行快锻变形，再进行精锻变形；所述快锻变形至少进行两道次，所述精锻变形进行一道次或两道次，总变形量为45～80%；所述快锻与精锻连续变形的快锻变形中，第一道次的锻造温度为1600～1650℃，剩余道次锻造温度为1500～1600℃，各道次保温时间为10～50min，每道次的变形量为15～35%，锻造速度为80～108mm/s；所述精锻变形的锻造温度为1450～1550℃，保温时间为5～20min，锻造频率为100～300次/min，送给速度为1～3m/min，每道次变形量为10～25%；所述精锻变形采用径向精锻机进行拔长锻造；
所述大规格钨棒的直径为60～150mm。
2.根据权利要求1所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述多道次降温锻造变形为三道次或四道次。
3.根据权利要求1所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述单一快锻变形采用一火一道次方法加工。
4.根据权利要求1所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述快锻与精锻连续变形中所述快锻变形和所述精锻变形均采用一火一道次方法加工。
5.根据权利要求1所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述预处理包含：选择符合要求的钨源材料，将所述钨源材料进行过筛处理。
6.根据权利要求5所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述钨源材料为纯钨粉或纯钨粉-金属氧化物混合粉，金属氧化物为La2O3、Y2O3、CeO2、ThO2、ZrO2中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述钨源材料的平均粒度为2.0～4.0μm，松装密度为4.0～8.0g/cm3。
8.根据权利要求5所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述过筛处理中的筛孔为150～200目。
9.根据权利要求8所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述筛孔为160～180目。
10.根据权利要求1所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述压制成型为冷等静压成型。
11.根据权利要求10所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述冷等静压成型的压强为180～240MPa，保压时间为10～15min。
12.根据权利要求1所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述烧结处理在真空、还原性或惰性气氛下进行，烧结温度为600～2300℃，烧结总时间为45～60h。
13.根据权利要求12所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述烧结处理包括低温烧结和高温烧结；所述低温烧结温度为600～1800℃，所述高温烧结温度为1800～2300℃。
14.根据权利要求13所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述低温烧结为以30～60℃/h由600℃升温至1800℃，保温5～10h；所述高温烧结为以40～80℃/h继续升温至2300℃，保温4～8h。
15.根据权利要求12所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述气氛为氢气、氮气或氩气。
16.根据权利要求12所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述烧结在中频感应加热炉中进行。
17.根据权利要求12所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述烧结处理后得到的钨烧坯致密度达到90%以上。
18.根据权利要求1所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述退火处理在真空或氢气、氮气、氩气气氛下进行，退火温度为1150～1300℃，保温时间为2～3h。
19.根据权利要求1所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述成品加工处理采用酸洗方法或车削方法。
20.根据权利要求19所述的大规格钨棒的制备方法，其特征在于，所述酸洗方法中的酸洗液为氢氟酸和浓盐酸1:1混合溶液。
21.一种大规格钨棒，其特征在于，所述大规格钨棒采用权利要求1-20中任一项所述制备方法制得。
22.根据权利要求21所述的大规格钨棒，其特征在于，所述大规格钨棒的直径为60～150mm。
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