一种高钨含量钨锆合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高钨含量钨锆合金的制备方法，包括以下步骤：(1)配粉、混粉：将钨粉与锆钛粉混粉，混粉后造粒，钨粉添加重量配比为50％～70％；(2)压制、烧结：采用冷等静成型压机压制，分级卸压；高真空电阻炉脱脂烧结，精车去皮，制得自耗电极；(3)自耗电弧熔炼：经过至少一次自耗熔炼获得成分均匀的高钨含量钨锆合金。本发明专利技术采用粉末冶金工艺制备自耗电极，电极强度较高，熔炼中不会出现“掉渣”现象，且粉末烧结很好地改善了电极中钨和其他元素的分布状态，有利于铸锭的成分组织均匀性，进而得到钨含量高达70％的熔炼态钨锆合金。此外，通过自耗熔炼工艺，可以净化合金，消除夹杂，使材料的致密度与强韧性比粉末冶金态合金有进一步提高。

【技术实现步骤摘要】
一种高钨含量钨锆合金的制备方法
本专利技术涉及合金制备领域，尤其涉及一种高钨含量钨锆合金的制备方法。
技术介绍
钨是一种非常重要的有色金属，它具有密度高、强度大等一系列特性，通常被用于配重材料、屏蔽材料以及军用战斗部材料，在医疗、工程机械、五金工具、军事、航天等领域应用范围广阔。钨锆合金是一种典型的含能结构材料，该类材料在室温条件下相当稳定，且具有较高的强度，而在冲击载荷作用下，钨锆合金中锆基元素因受冲击而诱发化学反应，释放出大量的热量。利用该特性制成的钨锆合金破片，即可利用其强度来侵彻贯穿目标，又可利用其释放特性对目标产生附加的毁伤，最终显著提高破片对目标的毁伤效果，在军事领域有较广阔的应用前景。钨锆合金制备主要有两种方法：(1)是粉末冶金工艺：粉末冶金可以制备出钨含量很高的合金材料，这种工艺在烧结过程中属于固相烧结，元素之间扩散较少，合金化程度不高，很难达到绝对致密。针对某些特殊领域，对合金性能要求十分苛刻，粉末冶金制备的钨锆合金从致密度和强韧性角度无法达到设计要求。(2)真空熔炼方法：真空熔炼可以制备出材料性能较高的合金，得到熔炼态合金材料，但是由于非自耗电弧熔炼温度的限制，对高钨含量的钨锆合金熔炼增加了难度，而且钨元素密度高，电弧熔炼中易出现钨组元沉降现象，很难制备出组织均匀的高钨合金。虽然专利号为ZL201110440556.9(授权公共号为CN102492863B)的中国专利技术专利《一种高钨含量钨锆合金的电弧熔炼方法》公开了通过非自耗电弧熔炼制备出钨含量达40％的钨锆合金，对于钨含量更高的钨锆合金的熔炼方法目前还未见报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种高钨含量钨锆合金的制备方法，钨含量可达到50％以上，最高可达70％。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高钨含量钨锆合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)配粉、混粉将钨粉与锆钛粉混粉，混粉后造粒，钨粉添加重量配比为50％～70％；(2)压制、烧结采用冷等静成型压机压制，分级卸压，制得压坯；接着高真空电阻炉脱脂烧结，精车去皮，制得自耗电极；(3)自耗电弧熔炼经过至少一次自耗电弧熔炼获得成分均匀的高钨含量钨锆合金。上述步骤(3)中的自耗电弧熔炼为一次，熔炼电流为1～1.25KA，稳弧电流为1.8～2.5A，熔炼时间为2～3min。作为优选，所述自耗电弧熔炼选用水冷铜坩埚。上述步骤(3)中的自耗电弧熔炼为两次，其中一次熔炼电流为1～1.25KA，稳弧电流为1.8～2.5A，熔炼时间为2～3min；二次熔炼以一次熔炼制得的一次熔炼铸锭为熔炼电极，电流为电流1.25～1.5KA，稳弧电流为1.8～2.5A，熔炼时间为3～6min。作为优选，所述一次熔炼选用水冷铜坩埚，二次熔炼选用水冷铜坩埚。作为优选，所述步骤(1)中钨粉粒度为3～5um，锆钛粉粒度为100～150um，使得粉末加工成形、烧结时收缩和产品的最终性能均取得较好的效果。作为优选，所述步骤(1)中混粉时间为2～2.5h，混粉后掺入5％SBP胶造粒。作为优选，所述步骤(2)中成型压力为200～220MPa，保压时间为2～3min。进一步，所述步骤(3)中的自耗电弧熔炼的真空度为10-1Pa以上，熔炼电压在24～30V，铸锭要求冷却到不超过150℃时出炉。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过粉末冶金工艺和自耗熔炼工艺结合制备高钨含量钨锆合金，一方面，采用粉末冶金工艺制备自耗电极，电极强度较高，熔炼中不会出现“掉渣”现象，且粉末烧结能很好地改善了电极中钨和其他元素的分布状态，有利于铸锭的成分组织均匀性，进而可以得到钨含量高达70％的熔炼态钨锆合金。另一方面，通过自耗熔炼工艺，可以净化合金，消除夹杂，使材料的致密度与强韧性比粉末冶金态合金有进一步提高。附图说明图1为本专利技术实施例1中ZrTi-50W合金一次熔炼金相显微组织照片；图2为本专利技术实施例1中ZrTi-50W合金二次熔炼金相显微组织照片；图3为本专利技术实施例2中ZrTi-60W合金一次熔炼金相显微组织照片；图4为本专利技术实施例3中ZrTi-70W合金一次熔炼金相显微组织照片。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1：ZrTi-50W合金的制备(1)配粉、混粉以ZrTi粉(锆钛粉)与W粉(钨粉)各50％(质量百分比)配粉，用混料罐混合均匀，混粉时间为2h，混粉后掺入5％SBP胶并造粒。本实施例中ZrTi粉由锆钛合金棒气雾化制得，锆钛合金中锆含量为40～60％，ZrTi粉的粒度为100～150μm，W粉的粒度为3～5μm，实施例2和实施例3与此同，不再赘述。(2)压制、烧结采用冷等静压机220MPa压制，保压2min，分级卸压，制得压坯；将压坯600℃脱脂，时间为2h，1300℃烧结，保温1.5h；精车去除氧化皮，制成圆柱形电极，将电极作为自耗电弧熔炼的自耗电极。(3)自耗电弧熔炼自耗电弧熔炼的真空度为10-1Pa以上，熔炼电压在30V，经过两次自耗电弧熔炼：A、一次熔炼熔炼电流1～1.25KA，稳弧电流为1.8～2.5A，熔炼时间为2～3min，冷却到150℃以下出炉，出炉后即可得到本专利技术制得的高钨含量钨锆合金(即ZrTi-50W一次锭)，选用水冷铜坩埚。将以上制得的产品用车床切去表皮，在铸锭头部、中部及底部分别取块状试样进行成分分析，分析结果表明钨在合金中的成分均匀(如图1所示)。B、二次熔炼将上述制得的ZrTi-50W一次锭用作二次熔炼电极，熔炼电流1.25～1.5KA，稳弧电流为1.8～2.5A，熔炼时间为3～6min，熔炼完成后冷却到150℃以下出炉，出炉后即可得到本专利技术制得的高钨含量钨锆合金(即ZrTi-50W二次锭)，选用水冷铜坩埚。将上述二次熔炼制得的产品用车床切去表皮，在铸锭头部、中部及底部分别取块状试样进行成分分析，分析结果表明钨在合金中的成分均匀(如图2所示)。实施例2：ZrTi-60W合金的制备(1)配粉、混粉以40％ZrTi粉与60％W粉(质量百分比)配粉，用混料罐混合均匀，混粉时间为2h，混粉后掺入5％SBP胶并造粒。(2)压制、烧结采用冷等静压机220MPa压制，保压2min，分级泄压，制得压坯；将压坯600℃脱脂，时间为2h，1300℃烧结，保温1.5h；精车去除氧化皮，制成圆柱形电极，将电极作为自耗电弧熔炼的自耗电极。(3)自耗电弧熔炼自耗电弧熔炼的真空度为10-1Pa以上，熔炼电压在26V，经过一次自耗电弧熔炼：熔炼电流1～1.25KA，稳弧电流为1.8～2.5A，熔炼时间为2～3min，冷却到150℃以下出炉，出炉后即可得到本专利技术制得的高钨含量钨锆合金(即ZrTi-60W一次锭)，选用水冷铜坩埚。将以上制得的产品用车床切去表皮，在铸锭头部、中部及底部分别取块状试样进行成分分析，分析结果表明钨在合金中的成分均匀(如图3所示)。实施例3：ZrTi-70W合金的制备(1)配粉、混粉以30％ZrTi粉与70％W粉(质量百分比)配粉，用混料罐混合均匀，混粉时间为2.5h，掺入5％SBP胶并造粒。(2)压制、烧结采用冷等静压机200MPa压制，保压3min，分级泄压，制得压坯；将压坯600℃脱脂，时间为2h，1300℃烧结，保温1.5h；精车本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高钨含量钨锆合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)配粉、混粉将钨粉与锆钛粉混粉，混粉后造粒，钨粉添加重量配比为50％～70％；(2)压制、烧结采用冷等静成型压机压制，分级卸压，制得压坯；接着高真空电阻炉脱脂烧结，精车去皮，制得自耗电极；(3)自耗电弧熔炼至少经过一次自耗电弧熔炼获得成分均匀的高钨含量钨锆合金。

【技术特征摘要】
1.一种高钨含量钨锆合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)配粉、混粉将钨粉与锆钛粉混粉，混粉后造粒，钨粉添加重量配比为60％～70％，其中钨粉粒度为3～5μm，锆钛粉粒度为100～150μm；(2)压制、烧结采用冷等静成型压机压制，分级卸压，制得压坯；接着高真空电阻炉脱脂烧结，精车去皮，制得自耗电极；(3)自耗电弧熔炼至少经过一次自耗电弧熔炼获得成分均匀的高钨含量钨锆合金；当自耗电弧熔炼为一次时，熔炼电流为1～1.25kA，稳弧电流为1.8～2.5A，熔炼时间为2～3min；当自耗电弧熔炼为两次时，其中一次熔炼电流为1～1.25kA，稳弧电流为1.8～2.5A，熔炼时间为2～3min；二次熔炼以一次熔炼制得的一次熔炼铸锭为熔炼电极，电流为1.25～1.5kA，稳弧电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂涛，刘凯，梁栋，葛文艳，王志威，李德林，陈敏，焦治华，张徐镜，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：浙江;33