CN117004857A - 一种高强韧钨合金及其制备方法 - Google Patents
一种高强韧钨合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117004857A CN117004857A CN202311025720.9A CN202311025720A CN117004857A CN 117004857 A CN117004857 A CN 117004857A CN 202311025720 A CN202311025720 A CN 202311025720A CN 117004857 A CN117004857 A CN 117004857A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tungsten alloy
- strength
- solid solution
- toughness
- titanium
- 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
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 64
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 15
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims abstract description 22
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- -1 salt compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 abstract description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 abstract description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- OFEAOSSMQHGXMM-UHFFFAOYSA-N 12007-10-2 Chemical compound [W].[W]=[B] OFEAOSSMQHGXMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 229910000048 titanium hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000677 High-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/04—Alloys based on tungsten or molybdenum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
- B22F3/04—Compacting only by applying fluid pressure, e.g. by cold isostatic pressing [CIP]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
- B22F3/15—Hot isostatic pressing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
- C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
- C22C32/0031—Matrix based on refractory metals, W, Mo, Nb, Hf, Ta, Zr, Ti, V or alloys thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明提供了一种高强韧钨合金及其制备方法，涉及高性能钨合金技术领域。本发明基于协同强化的思路，通过添加钛基、锆基等化合物，经烧结后所得钨合金坯包含钨、弥散第二相和固溶强化相，其中，弥散第二相包括氧化钛，还可以包括其他稀土氧化物；固溶强化相主要为钛，还可以加入其他铼、铪、钼、铁、钴、钛、锆等固溶元素。该钨合金基于单独添加强化或者复合添加强化，可制备出不同规格的钨合金丝，满足线锯金刚线母线的破断力需求，用于切割硅料和蓝宝石等硬质材料。
Description
技术领域
本发明涉及高性能钨合金材料技术领域，特别涉及一种高强韧钨合金及其制备方法。
背景技术
随着光伏产业的迅猛发展、Topcon和HJT等新技术的快速迭代，以及对硅料薄片化的要求越来越高，现有高碳钢丝母线已经无法满足使用需求，钨合金母线成为市场主导需求。
目前市场上批量供应的钨合金丝(CN115976387A、CN116372165A、CN 114250395A、CN114231813A、CN114250395A、CN113186438A、CN 113234980A、CN114250395A、CN114231813A、CN113215463A、CN 114211049A)最小线径达到37微米左右，抗拉强度超过5500MPa，但是继续减小线径无法获得抗拉强度的协同提升，还会造成破断力下降，影响切割效率，不利于光伏产业的降本增效。
通过进一步提高第二相添加量，尽管可以提高抗拉强度，但是断丝频繁；这主要归因于第二相的分布不均，以及第二相粒子自身发生偏聚，成为裂纹源。如通过在纯钨中添加稀土镧的氧化物作为强化元素，一方面，稀土镧的氧化物分布在基体中，以弥散强化方式增加了钨合金强度；另一方面，稀土氧化物分布在钨基体晶界上，有效阻止晶粒的长大，使钨合金丝材具有细晶强化的效果，增加了钨合金丝材的强度。但通过稀土氧化物对钨合金进行强化的同时，由于稀土氧化物在基体中随机分布，易于在基体中团聚，通过传统旋锻、拉丝等加工不能将稀土氧化物形成有效的变形，进而在细丝加工过程中产生断丝、性能不稳定等现象，导致钨合金极细丝的成品率较低。消除稀土氧化物在钨基体中的团聚、增加稀土氧化物在压力加工过程中的变形程度，减少钨合金丝加工过程中的断丝，提升钨合金丝性能，增加钨合金丝成品率等是高强度极细钨合金丝加工过程中亟待解决的问题。
因此，进一步有效提高抗拉强度并保证均匀变形，实现抗拉强度和可加工性的协同提升，成为进一步减小钨合金丝线径并保持高强的关键技术问题。
发明内容
本发明提供了一种高强韧钨合金及其制备方法，其目的是为了解决背景技术存在的上述问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种高强韧钨合金及其制备方法，本发明基于协同强化的思路，通过添加钛基、锆基等化合物，经烧结后所得钨合金坯包含钨、弥散第二相和固溶强化相，其中，弥散第二相包括氧化钛，还可以包括其他稀土氧化物；固溶强化相主要为钛，还可以加入其他铼、铪、钼、铁、钴、钛、锆等固溶元素。该钨合金基于单独添加强化或者复合添加强化，可制备出不同规格的钨合金丝，满足线锯金刚线母线的破断力需求，用于切割硅料和蓝宝石等硬质材料。
本发明的实施例提供了一种高强韧钨合金，所述高强韧钨合金包括如下组成：钨、弥散第二相以及固溶强化相；所述弥散第二相主要包括稀土氧化物，还包括钼、铪、钛、锆的氧化物中的至少一种；所述固溶强化相包括铼、钼、铪、钛、锆中的至少一种。
优选地，所述弥散第二相的含量0.01～2.2wt.％。
优选地，所述固溶强化相的添加量为0.01～1.4wt.％。
优选地，所述钨合金的成品率高达99％。
基于一个发明总的构思，本发明的实施例还提供了上述的高强韧钨合金的制备方法，包括如下步骤：
S1：将固溶元素基化合物、稀土氧化物与钨粉充分混合，得到合金粉；
S2：将所述合金粉采用冷等静压、钢模压制或者热等静压方式进行压制，并在氢气中预烧结，得到压坯；
S3：将所述压坯进行高温烧结，即得。
优选地，所述固溶元素基化合物为固溶元素与硼或碳组成的盐类化合物中的至少一种，添加量为0.01～2.0wt.％；所述固溶元素为铼、铪、钼、铁、钴、钛、锆中的至少一种。更优选地，所述固溶元素基化合物包括硼化钛、碳化钛，但不限于此，其他可以实现上述作用的化合物均可。
优选地，步骤S1中充分混合采用球磨或者飞刀+犁刀混料机混合。还包括液液混合、固液混合或者固固混合中的至少一种。
优选地，步骤S2中压制过程为：在100～350MPa下进行压制；预烧结的温度为800～1400℃。
优选地，步骤S3中高温烧结温度为1500～2700℃，时间为2～10小时。
优选地，步骤S3中具体为：在氢气氛围中2300℃下烧结4小时，并在升温过程中于800、1100和1500℃下分别保温1小时。
反应机理
硼化钛在预烧结过程中发生原位反应，一方面与游离氧发生化学反应，形成具有共格界面的硼化钨和氧化钛第二相，产生弥散强化作用；另一方面，生成挥发性的氧化硼逸出，净化晶界，降低整体的氧含量，提高钨合金的韧性，最终达成抗拉强度和韧性的协同提升。此外，还有部分钛元素固溶进钨晶格中，产生固溶强化，保障了更细线径下可观的破断力和成品率。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
(1)本发明通过氧化镧与硼化钛的复合添加，可以产生显著的协同效应，从而避免过量稀土第二相产生团聚，提高丝材成品率。
(2)本发明的硼化钛和碳化钛的添加都能有效提高钨合金坯的抗拉强度，但是硼化钛的韧化效果更好，后续的压力加工过程中几乎不断丝，能实现抗拉强度和可加工性的协同提升。
(3)本发明的钛基高强韧钨合金，通过单独添加钛基化合物的形式，实现弥散强化、固溶强化和界面调控，获得高强度和可加工性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的高强韧钨合金烧结坯微观组织形貌图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明针对现有的问题，提供了一种高强韧钨合金及其制备方法。
实施例1
一种高强韧钨合金，材料设计成分为：硼化钛为1％，W为99wt％；该高强韧钨合金的制备方法，步骤如下：
步骤1，混料：将硼化钛和钨粉通过球磨或者飞刀+犁刀混料机混合，得到最终合金粉；
步骤2，粉末压制：采用冷等静压经200MPa压制得到压坯；
步骤3，高温烧结：在氢气氛围中于2300℃烧结4小时，并在升温过程中分别于800、1100和1500℃各保温1小时，得到高强韧钨合金，该烧结坯微观组织形貌图如图1所示。
实施例2
一种高强韧钨合金，材料设计成分为：硼化钛为0.5％，氧化镧为0.5％，W为99wt％；该高强韧钨合金的制备方法，步骤如下：
步骤1，混料：将硼化钛、氧化镧和钨粉通过球磨或者飞刀+犁刀混料机混合，得到最终合金粉；
步骤2，粉末压制：采用冷等静压经200MPa压制得到压坯；
步骤3，高温烧结：在氢气氛围中于2300℃烧结4小时，并在升温过程中分别于800、1100和1500℃各保温1小时。
实施例3
一种高强韧钨合金，材料设计成分为：碳化钛为1％，W为99wt％；该高强韧钨合金的制备方法，步骤如下：
步骤1，混料：将碳化钛和钨粉通过球磨或者飞刀+犁刀混料机混合，得到最终合金粉；
步骤2，粉末压制：采用冷等静压经200MPa压制得到压坯；
步骤3，高温烧结：在氢气氛围中于2300℃烧结4小时，并在升温过程中分别于800、1100和1500℃各保温1小时。
实施例4
一种高强韧钨合金，材料设计成分为：硼化钛为0.01％，W为99.99wt％；该高强韧钨合金的制备方法，步骤如下：
步骤1，混料：将硼化钛和钨粉通过球磨或者飞刀+犁刀混料机混合，得到最终合金粉；
步骤2，粉末压制：采用冷等静压经200MPa压制得到压坯；
步骤3，高温烧结：在氢气氛围中于2300℃烧结4小时，并在升温过程中分别于800、1100和1500℃各保温1小时。
对比例1
一种钨合金，材料设计成分为：W为100wt％；该钨合金的制备方法，步骤如下：
步骤1，粉末压制：采用冷等静压经200MPa压制得到压坯；
步骤2，高温烧结：在氢气氛围中于2300℃烧结4小时，并在升温过程中分别于800、1100和1500℃各保温1小时。
对比例2
一种钛基钨合金，材料设计成分为：氢化钛为1％，W为99wt％；该高强韧钨合金的制备方法，步骤如下：
步骤1，混料：将氢化钛和钨粉通过球磨或者飞刀+犁刀混料机混合，得到最终合金粉；
步骤2，粉末压制：采用冷等静压经200MPa压制得到压坯；
步骤3，高温烧结：在氢气氛围中于2300℃烧结4小时，并在升温过程中分别于800、1100和1500℃各保温1小时。
对比例3
一种高强韧钨合金，材料设计成分为：硼化钛为3％，W为97wt％；该高强韧钨合金的制备方法，步骤如下：
步骤1，混料：将硼化钛和钨粉通过球磨或者飞刀+犁刀混料机混合，得到最终合金粉；
步骤2，粉末压制：采用冷等静压经200MPa压制得到压坯；
步骤3，高温烧结：在氢气氛围中于2300℃烧结4小时，并在升温过程中分别于800、1100和1500℃各保温1小时。
应用
将上述实施例1～4和对比例1～3获得的钨合金坯测试其抗拉强度，相关性能对比如下表1所示。
表1实施例1～4和对比例1～3获得钨合金坯及后续合金丝的抗拉强度表
| 样品 | 抗压强度 | 抗拉强度(MPa) | 合金丝强度及成品率 |
| 实施例1 | 2279(未断裂) | 262 | 37μm，5900MPa，99％ |
| 实施例2 | 2600 | 286 | 37μm，6350MPa，98％ |
| 实施例3 | 1979 | 229 | 37μm，5800MPa，75％ |
| 实施例4 | 1701 | 137 | 37μm，2300MPa，99％ |
| 对比例1 | 1680 | 135 | 37μm，2100MPa，99％ |
| 对比例2 | 1040 | 119 | 断丝 |
| 对比例3 | 860 | 96 | 无法加工为丝 |
显然，硼化钛和碳化钛的添加都能有效提高钨合金坯的抗拉强度，但是硼化钛的韧化效果更好，后续的压力加工过程中几乎不断丝，能实现抗拉强度和可加工性的协同提升。究其原理，主要是硼化钛在预烧结过程中发生原位反应，一方面与游离氧发生化学反应，形成具有共格界面的硼化钨和氧化钛第二相，产生弥散强化作用，另一方面，生成挥发性的氧化硼逸出，净化晶界，降低整体的氧含量，提高钨合金的韧性，最终达成抗拉强度和韧性的协同提升，此外，还有部分钛元素固溶进钨晶格中，产生固溶强化，保障了更细线径下可观的破断力和成品率。值得一提的是，实施例2中通过氧化镧与硼化钛的复合添加，可以产生显著的协同效应，从而避免过量稀土第二相产生团聚，提高丝材成品率。
因此，本发明所述的钛基高强韧钨合金，通过单独添加钛基化合物的形式，实现弥散强化、固溶强化和界面调控，获得高强度和可加工性；而同时复合添加其他强化相(稀土化合物、锆基化合物以及金属固溶元素等)，亦可产生叠加的强化效应。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强韧钨合金，其特征在于，所述高强韧钨合金包括如下组成：钨、弥散第二相以及固溶强化相；所述弥散第二相主要包括稀土氧化物，还包括铪、钼、铁、钴、钛、锆的氧化物中的至少一种；所述固溶强化相包括铼、铪、钼、铁、钴、钛、锆中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的高强韧钨合金，其特征在于，所述弥散第二相的含量0.01～2.2wt.％。
3.根据权利要求1所述的高强韧钨合金，其特征在于，所述固溶强化相的含量为0.01～1.4wt.％。
4.根据权利要求1所述的高强韧钨合金，其特征在于，所述钨合金的成品率高达99％。
5.如权利要求1～4任一项所述的高强韧钨合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将固溶元素基化合物、稀土氧化物与钨粉充分混合，得到合金粉；
S2：将所述合金粉采用冷等静压、钢模压制或者热等静压方式进行压制，并在氢气中预烧结，得到压坯；
S3：将所述压坯进行高温烧结，即得。
6.根据权利要求5所述的高强韧钨合金的制备方法，其特征在于，所述固溶元素基化合物为固溶元素与硼或碳组成的盐类化合物中的至少一种，添加量为0.01～2.0wt.％；所述固溶元素为铼、铪、钼、铁、钴、钛、锆中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的高强韧钨合金的制备方法，其特征在于，步骤S1中充分混合采用球磨或者飞刀+犁刀混料机混合。
8.根据权利要求7所述的高强韧钨合金的制备方法，其特征在于，步骤S2中压制过程为：在100～350MPa下进行压制；预烧结的温度为800～1400℃。
9.根据权利要求8所述的高强韧钨合金的制备方法，其特征在于，步骤S3中高温烧结温度为1500～2700℃，时间为2～10小时。
10.根据权利要求9所述的高强韧钨合金的制备方法，其特征在于，步骤S3中具体为：在氢气氛围中2300℃下烧结4小时，并在升温过程中于800、1100和1500℃下分别保温1小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311025720.9A CN117004857A (zh) | 2023-08-15 | 2023-08-15 | 一种高强韧钨合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311025720.9A CN117004857A (zh) | 2023-08-15 | 2023-08-15 | 一种高强韧钨合金及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117004857A true CN117004857A (zh) | 2023-11-07 |
Family
ID=88576027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311025720.9A Pending CN117004857A (zh) | 2023-08-15 | 2023-08-15 | 一种高强韧钨合金及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117004857A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117626084A (zh) * | 2023-12-18 | 2024-03-01 | 北京北钨科技有限公司 | 一种复合钨电极材料及其制备方法 |
-
2023
- 2023-08-15 CN CN202311025720.9A patent/CN117004857A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117626084A (zh) * | 2023-12-18 | 2024-03-01 | 北京北钨科技有限公司 | 一种复合钨电极材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110358941B (zh) | 一种钨基合金材料及其制备方法 | |
| CN109306420B (zh) | 一种高性能钨合金棒材及其制备方法 | |
| CN115679174B (zh) | 一种超强钨丝及其制备方法 | |
| CN117004857A (zh) | 一种高强韧钨合金及其制备方法 | |
| CN108118230B (zh) | 一种硬质合金及其制备方法 | |
| CN111575567B (zh) | 一种废高钴粗晶硬质合金的再生方法 | |
| CN113373363B (zh) | 难熔高熵复合材料及其制备方法 | |
| CN110578067B (zh) | 一种超细硬质合金的烧结方法 | |
| CN115198162B (zh) | 高强韧异质多相“核壳”组织结构中熵合金及其制备方法 | |
| CN109371274A (zh) | 一种高性能粉末冶金tzm钼合金的制备方法 | |
| CN110923535A (zh) | 一种硬质合金及其制备方法和应用 | |
| CN111004954A (zh) | 一种耐磨损耐腐蚀Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN110788318B (zh) | 一种高致密度稀土钨电极的制备方法 | |
| CN114381643B (zh) | 一种高致密度钨合金丝线及其制备方法 | |
| CN104630591B (zh) | 一种长条状三元硼化物增强增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN115011894A (zh) | 一种紧固件用tb3钛合金冷轧丝材的生产方法 | |
| CN116970854A (zh) | laves相沉淀强化钨丝及其制备和应用 | |
| CN116334463A (zh) | 一种超长高强超细钨合金丝及其制备方法 | |
| CN111763862B (zh) | 一种钨钼合金及其制备方法 | |
| CN109266895B (zh) | 一种由高熵合金锆镓钒钕锑粘结的碳化钨材料及其制备方法和应用 | |
| CN113173789A (zh) | 一种无粘结相耐腐蚀硬质合金及其生产工艺和应用 | |
| CN118218599B (zh) | 高强度钨合金丝的制备方法 | |
| JPH08218145A (ja) | 木質系硬質材料を加工する工具のための超硬合金 | |
| CN1291054C (zh) | 一种沉淀强化的高镍铁比钨合金材料的处理工艺 | |
| CN109972017B (zh) | 高速切削用硬质合金刀具材料及硬质合金刀具制造方法 |
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 |