本发明专利技术公开了一种弹用高比重钨合金及其制备方法，属于金属材料领域。以质量百分数计，合金成分如下：钨90.0％～97.0％，氧化锆0.1％～2.0％，粘结相镍和铁2.0％～9.9％，镍与铁的质量比为3～4:2～1；以及不可避免的杂质；制备步骤如下：分别将偏钨酸铵、硝酸锆溶于水中，混合，混合液干燥得粉末，粉末经煅烧、还原得到复合钨粉；取镍粉、铁粉，混合后球磨，得到镍铁固溶体；将复合钨粉、镍铁固溶体混合，混合粉经压制、烧结，即得。本发明专利技术通过在钨合金中加入高温稳定相ZrO2，ZrO2弥散相细小且在钨基体中均匀分布，解决了弹用钨合金致密度低、相分布不均以致力学性能差的问题，钨合金的抗拉强度达1250MPa以上，延伸率达17％以上，兼具高强度和高塑性特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种弹用高比重钨合金，同时还涉及弹用高比重钨合金的制备方法， 属于金属材料领域。
技术介绍
高比重钨合金是一类以钨为基体，并添加有附』6、(：〇、〇1、1〇、(>等元素的合金，密 度通常为17.5~19. Og/cm3。高比重钨合金不仅密度大，而且还具有熔点高、强度大、硬度 高、导电导热性好、热膨胀系数小、蒸汽压低以及高温强度大等优点，这些优异的性能使其 在国防、核工业特别是民用工业等得到广泛应用，如钨合金用于杆式动能穿甲弹弹芯材料 以及平衡配重元件、惯性元件、射线屏蔽材料等。随着主战坦克、舰船装甲及各种军用工事 的日益强化，对弹用材料的性能提出了越来越高的要求。高比重钨合金动能穿甲弹的穿甲 威力大，与贫铀合金穿甲弹相比具有无毒性、无放射性污染等优点，是现今世界各国主要的 穿甲武器装备，也是今后发展的方向。然而，穿甲弹芯用高比重钨合金尚存在粘结相分布不 均、氢脆、金属间化合物偏析、残余孔隙多等诸多影响性能稳定性的缺陷，而且烧结态高比 重钨合金毛坯强度和塑性均较低，常规W-Ni-Fe系高密度钨合金的动态拉伸性能还需进一 步提尚。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度、高塑性弹用高比重钨合金。 同时，本专利技术还提供一种上述弹用高比重钨合金的制备方法。 为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是： 弹用高比重钨合金，以质量百分数计，合金成分如下： 钨(W)90.0% ~97.0%， 氧化锆(Zr〇2)0.1%~2.0%， 粘结相镍和铁(Ni、Fe)2.0%~9.9%，镍与铁的质量比为3~4:2~1; 以及不可避免的杂质。 弹用高比重钨合金的制备方法，步骤如下：分别将偏钨酸铵（AMT)、硝酸锆（Zr (Nosh · 5H20)溶于水中，混合，混合液干燥得粉末，粉末经煅烧、还原得到复合钨粉;取镍 粉、铁粉，混合后球磨，得到镍铁固溶体;将复合钨粉、镍铁固溶体混合，混合粉经压制、烧 结，即得。 所述偏钨酸铵与硝酸锆的质量比为123~133 :0.35~7.0,优选为123.36~ 132.96 : 0.35~6.97。偏钨酸铵的纯度大于99.7 %，粒度小于200目。硝酸锆的纯度大于 99.5%，粒度小于120目。 所述煅烧的温度为400~600°C，煅烧时间4~5h。 所述还原分两段进行，第一段还原温度450~600°C，还原时间1~2h，第二段还原 温度850~900°C，还原时间2~4h。 所述复合钨粉的颗粒尺寸为500~lOOOnm。 所述镍粉与偏钨酸铵质量比为1.4~7:123~133,优选为1.40~6.97:123.36~ 132.96,镍粉与铁粉的质量比为3~4:2~1。镍粉优选纯度99.5%以上、平均粒度2~8μπι的 羰基镍粉。铁粉优选纯度99.5 %以上、平均粒度2~8μπι的羰基铁粉。 所述镍铁固溶体的颗粒尺寸为0.8~2μπι，球磨后为亚微米晶。 所述球磨的转速为200~350rpm，球磨时间20~35h。球磨在惰性气氛（如纯度 99.99 %以上的高纯氩气）中进行，以防粉末被氧化。球磨材料可采用GCrl5小球(直径如 6mm)，球料比（质量比）为5~15:1。 所述压制的压力为200~350MPa，保压时间20~40min。在该压力下可获得密度较 高、增强相均匀分布、孔隙度均匀的坯料，其在后续的烧结工艺中可均匀填充孔隙，不易造 成成分偏析。 所述烧结的温度为1450~1550°C，保温时间120~180min。烧结温度过低或烧结时 间过短会使掺杂相对钨相不浸润或浸润差，导致两相界面结合较弱，易成为裂纹源;而烧结 温度过高或烧结时间过长，则会产生钨晶粒的聚集长大，导致合金中钨颗粒大小不均且粘 结相分布不均匀，易使合金的延伸性降低。 本专利技术的有益效果： 钨合金中氧化物的成分、添加量及添加方式对合金的力学性能有着重要影响。本 专利技术以液液掺杂方式，将偏钨酸铵溶液与硝酸锆溶液充分混合后蒸干获得干燥粉末，然后 进行煅烧、还原处理，在还原过程中W0 3在氢气气氛中挥发并转入气相，以蒸气形式被还原 并沉积在低价氧化钨或掺杂相Zr02表面，形成成分均匀分布的复合钨粉。这种液-液掺杂和 共还原工艺，保证了复合钨粉中各成分的均匀一致性。本专利技术通过合理的成分配比以及严格控制各步骤工艺参数，在钨合金中加入高温 稳定相Zr02，Zr02弥散相细小且在钨基体中均匀分布，解决了弹用钨合金致密度低、相分布 不均以致力学性能差的问题，钨合金的抗拉强度达1250MPa以上，延伸率达17 %以上，兼具 高强度和高塑性特性。【附图说明】图1为实施例3中钨合金的显微组织图； 图2为实施例3中钨合金的EDS分析谱图。【具体实施方式】 下述实施例仅对本专利技术作进一步详细说明，但不构成对本专利技术的任何限制。 实施例1 弹用高比重钨合金，以质量百分数计，合金成分如下： 钨(W)94.6%， 氧化锆（Zr02)0.6%， 镍（Ni)3.36%， 铁(Fe)1.44%， 以及不可避免的杂质。弹用高比重钨合金（100kg)的制备方法，包括以下步骤： 1)含氧化锆复合钨粉的制备将129.68kg偏钨酸铵(偏钨酸铵转化为氧化钨粉率为92%)和2.09kg硝酸锆分别 溶于水中，再将两溶液混合均匀得混合液;取混合液蒸干，得到的干燥粉末在温度500°C下 煅烧4小时;将煅烧产物放入推杆还原炉内分两段还原，第一段还原的温度为550°C，还原时 间1小时，第二段还原的温度为900°C，还原时间3小时，还原后过120目筛网得复合钨粉； 2)粘结相镍铁固溶体的制备按照质量比7:3称取3.36kg镍粉和1.44kg铁粉，并将其放入高能搅拌式球磨机中， 通入高纯氩气(纯度大于99.99%)作为保护气，球磨材料采用直径6mm的GCrl5小球，球料比 (质量比）10:1，控制球磨机转速为250转/分钟，球磨时间为25小时，得到亚微米晶镍铁固溶 体； 3)混合粉的制备将95.20kg复合钨粉和4.80kg镍铁固溶体置于倾斜混料机中混匀，转速25转/分 钟，倾斜角度13°，混粉时间25小时，混匀后过120目筛网，得到混合粉； 4)压制、烧结成型将混合粉放入壁厚约为2mm的胶套中，再置于250MPa超高压室内进行冷等静压，保 压时间为30分钟，得到冷压坯料;将冷压坯料放入氢气保护烧结炉中，在温度1500°C下液相 烧结，烧结时间为150分钟，即得。 实施例2 弹用高比重钨合金，以质量百分数计，合金成分如下： 钨(W)91.7%， 氧化锆（Zr02)0.2%， 镍（Ni)5.67%， 铁(Fe)2.43%， 以及不可避免的杂质。 弹用高比重钨合金（100kg)的制备方法，包括以下步骤： 1)含氧化锆复合钨粉的制备 将125.7lkg偏钨酸铵和0.70kg硝酸锆分别溶于水中，再将两溶液混合均匀得混合 液;取混合液蒸干，得到的干燥粉末在温度400°C下煅烧5小时;将煅烧产物放入推杆还原炉 内分两段还原，第一段还原的温度为500°C，还原时间2小时，第二段还原的温度为850°C，还 原时间2小时，还原后过200目筛网得复合钨粉； 2)粘结相镍铁固溶体的制备按照质量比7:3称取5.67kg镍粉和2.43kg铁粉，并将其放入高能搅拌式球磨机本文档来自技高网...
【技术保护点】
弹用高比重钨合金，其特征在于：以质量百分数计，合金成分如下：钨 90.0％～97.0％，氧化锆 0.1％～2.0％，粘结相镍和铁 2.0％～9.9％，镍与铁的质量比为3～4:2～1；以及不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐流杰，肖方闹，潘昆明，张国赏，王晓东，李继文，魏世忠，徐锐，李秀青，刘伟，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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