一种高密度钨合金材料及其制备方法

本发明涉及冶金，尤其涉及一种高密度钨合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、高密度钨合金是一类以钨元素为基体材料(含钨量为80～97％)，并适量添加有ni、cu、fe、co、mo、cr等元素组成的合金，由于其克服了钨的脆性，并保持了钨的高熔点、高密度、低膨胀系数等优良性能，因而在航空航天、军事、民用工业等行业中得到了广泛的应用。

2、目前，高密度钨合金的制备主要通过烧结后进行旋转锻造。旋转锻造一次变形量小，需要经过多道次加热和锻造才能获得较大的变形量。不仅周期长、能耗大、成本高，而且综合性能不高且不稳定，尤其是塑、韧性难以满足更高使用性能要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高密度钨合金材料及其制备方法，本发明制得的高密度钨合金材料在强度大幅提高的同时仍能保持较高的韧性，且制备周期短。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种高密度钨合金材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将钨粉、镍粉和铁粉进行第一机械球磨，得到均质改性混合粉体；

5、将所述均质改性混合粉体进行冷等静压，得到冷压坯料；所述冷压坯料的相对密度为75～85％；

6、将所述冷压坯料进行液相烧结，得到烧结坯料；所述液相烧结的温度为1475～1530℃，保温时间为60～130min；所述烧结坯料的相对密度为97.0～99.9％；

7、将石墨粉和低温玻璃粉进行第二机械球磨，将所得复合粉体进行压制，压制坯经加工，得到传力润滑介质包套；所述低温玻璃粉的软化点为450～900℃；所述传力润滑介质的相对密度为70～90％；

8、将所述烧结坯料置于所述传力润滑介质包套中加热至400～900℃保温40～70min，然后进行热静液挤压，得到挤压坯料；所述热静液挤压的挤压比为2.5～5，挤压力为1000～1800mpa；

9、将所述挤压坯料进行热处理，得到高密度钨合金材料；

10、所述热处理包括：将所述挤压坯料在保护气氛下第一升温至800～1100℃第一保温2～4h，然后置于盐浴中第一冷却至室温；将冷却至室温的坯料在保护气氛下第二升温至600～1000℃第二保温2～4h，第二冷却至室温。

11、优选的，所述液相烧结在保护气氛下进行。

12、优选的，所述钨粉的质量为钨粉、镍粉和铁粉总质量的90～95％；所述镍粉的质量为钨粉、镍粉和铁粉总质量的3.5～7％；所述铁粉的质量为钨粉、镍粉和铁粉总质量的1.5～3％。

13、优选的，所述均质改性混合粉体由细化钨粉和纳米晶镍铁固溶体形成；所述细化钨粉的颗粒尺寸为500nm～5μm，晶粒尺寸为14～100nm；所述纳米晶镍铁固溶体的颗粒尺寸为0.2～2μm，晶粒尺寸为8～100nm。

14、优选的，所述冷等静压的压力为200～350mpa。

15、优选的，所述石墨粉的粒度为500～1500nm；所述低温玻璃粉的粒度为5～40μm。

16、优选的，所述石墨粉的质量为石墨粉和低温玻璃粉总质量的50～80％。

17、优选的，所述第二机械球磨的转速为60～140rpm，时间为20～50h。

18、优选的，所述压制的压力为400～800mpa。

19、本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的高密度钨合金材料，室温抗拉强度≥1600mpa，伸长率＞10％，冲击韧性≥110j/cm2。

20、本发明提供了一种高密度钨合金材料的制备方法，包括以下步骤：将钨粉、镍粉和铁粉进行第一机械球磨，得到均质改性混合粉体；将所述均质改性混合粉体进行冷等静压，得到冷压坯料；所述冷压坯料的相对密度为75～85％；将所述冷压坯料进行液相烧结，得到烧结坯料；所述烧结坯料的相对密度为97.0～99.9％；将石墨粉和低温玻璃粉进行第二机械球磨，将所得复合粉体进行压制，压制坯经加工，得到传力润滑介质包套；所述低温玻璃粉的软化点为450～900℃；所述传力润滑介质的相对密度为70～90％；将所述烧结坯料置于所述传力润滑介质包套中加热至400～900℃保温40～70min，然后进行热静液挤压，得到挤压坯料；所述热静液挤压的挤压比为2.5～5，挤压力为1000～1800mpa；将所述挤压坯料进行热处理，得到高密度钨合金材料；所述热处理包括：将所述挤压坯料在保护气氛下第一升温至800～1100℃第一保温2～4h，然后置于盐浴中第一冷却至室温；将冷却至室温的坯料在保护气氛下第二升温至600～1000℃第二保温2～4h，第二冷却至室温。

21、本发明通过对原始粉体进行机械球磨改性，可以获得两相分布均匀的均质改性混合粉体，还能够有效抑制钨颗粒在后续液相烧结时长大，因此能够在相对较低的温度下进行短时烧结达到较高的致密度，进而有利于降低生产成本、简化工艺流程、减少烧结时的污染和成分损失。

22、本发明采用低温玻璃粉和石墨粉为原料制作热静液挤压的传力润滑介质，其能够在更细的微观状态下形成充分混合，在以该传力润滑介质进行热静液挤压时，软化后的熔融低温玻璃能够充分和石墨相结合，以及所形成均匀的微小传力单元被吸附在石墨层中，能形成更加稳定的静液压力传力润滑层，不仅能够有效地降低挤压力并改善挤压工艺，实现大塑性形变强化，还能够保证挤压材料尺寸精度。

23、本发明制备的高密度钨合金材料的形变量达到80％，室温抗拉强度达到1600mp以上，伸长率大于10％，具有优异的综合性能，可用作穿甲武器的弹芯材料，并具有良好的穿甲威力。

技术特征：

1.一种高密度钨合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液相烧结在保护气氛下进行。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钨粉的质量为钨粉、镍粉和铁粉总质量的90～95％；所述镍粉的质量为钨粉、镍粉和铁粉总质量的3.5～7％；所述铁粉的质量为钨粉、镍粉和铁粉总质量的1.5～3％。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述均质改性混合粉体由细化钨粉和纳米晶镍铁固溶体形成；所述细化钨粉的颗粒尺寸为500nm～5μm，晶粒尺寸为14～100nm；所述纳米晶镍铁固溶体的颗粒尺寸为0.2～2μm，晶粒尺寸为8～100nm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷等静压的压力为200～350mpa。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨粉的粒度为500～1500nm；所述低温玻璃粉的粒度为5～40μm。

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述石墨粉的质量为石墨粉和低温玻璃粉总质量的50～80％。

8.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述第二机械球磨的转速为60～140rpm，时间为20～50h。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压制的压力为400～800mpa。

10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的高密度钨合金材料，其特征在于，室温抗拉强度≥1600mpa，伸长率＞10％，冲击韧性≥110j/cm2。

技术总结本发明提供了一种高密度钨合金材料及其制备方法，涉及冶金技术领域。本发明将钨粉、镍粉和铁粉进行第一机械球磨，得到均质改性混合粉体；将所述均质改性混合粉体进行冷等静压，得到冷压坯料；将所述冷压坯料进行液相烧结，得到烧结坯料；将石墨粉和低温玻璃粉进行第二机械球磨，将所得复合粉体进行压制，压制坯经加工，得到传力润滑介质包套；将所述烧结坯料置于所述传力润滑介质包套中加热至400～900℃保温40～70min，然后进行热静液挤压，得到挤压坯料；将所述挤压坯料进行热处理，得到高密度钨合金材料。本发明制得的高密度钨合金材料在强度大幅提高时仍能保持较高的伸长率和冲击韧性。技术研发人员：杨建雷,吴昊男,于洋,宋江豪,张文丛受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）技术研发日：技术公布日：2024/6/13