一种高性能钨合金棒材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能钨合金棒材及其制备方法，该棒材按质量百分比由如下组分组成：铼10～26％，碳化物0.3～3％，余量为钨；钨的部分由Si、Al、K组分替代。该高性能钨合金棒材制备步骤依次包括：钨铼预合金粉末的制备、钨合金粉末的制备、成形处理、烧结处理、轧制变形处理、热处理，最后经机加工得到高性能钨铼合金棒材。本发明专利技术提供的钨合金具有晶粒细小、组织均匀、杂质元素含量较低、高致密性、高强度、抗高温蠕变等优异性能；本发明专利技术的制备方法制备的钨合金材料晶粒细小、均匀，室温抗拉强度≥1500MPa、断后伸长率≥15％，2000℃抗拉强度≥200MPa、断后伸长率≥15％。

A High Performance Tungsten Alloy Bar and Its Preparation Method

The present invention relates to a high-performance tungsten alloy bar and its preparation method. The bar is composed of 10-26% rhenium, 0.3-3% carbide and tungsten as a residual, and the tungsten is replaced by Si, Al and K components. The preparation steps of the high performance tungsten-rhenium alloy bar include: preparation of tungsten-rhenium pre-alloy powder, preparation of tungsten-rhenium alloy powder, forming treatment, sintering treatment, rolling deformation treatment and heat treatment. Finally, the high performance tungsten-rhenium alloy bar is machined. The tungsten alloy provided by the invention has fine grain, uniform structure, low impurity element content, high compactness, high strength, high temperature creep resistance and other excellent properties; the tungsten alloy material prepared by the method of the invention has fine and uniform grain, room temperature tensile strength (> 1500MPa), post-break elongation (> 15%), 2000 (> 200 MPa), post-break elongation (> 15%).

【技术实现步骤摘要】
一种高性能钨合金棒材及其制备方法
本专利技术属于粉末冶金
，具体涉及一种高性能钨合金棒材及其制备方法。
技术介绍
随着航空航天高温应用领域的不断发展，对材料的高温强度、抗烧蚀性能、抗高温蠕变性能等要求越来越高。钨合金具有高熔点、高强度、高硬度、高塑性、高再结晶温度、高电阻率，低蒸气压、低电子逸出功和低塑性脆性转变温度等一系列优良性能；尤其重要的是，钨合金具有优异的高温力学性能，使其成为2000℃条件下使用的超高温结构材料的首选。目前对于钨铼合金的研究主要集中在对丝材的研究，国内对于大规格尺寸钨铼合金结构材料的研究未见报道。为了使钨铼合金在高温条件下具有更好的性能，目前研究在向细化、纯化和强韧化的方向发展，第二相颗粒强化高铼含量钨铼合金将成为未来研究的重点。在《钨铼合金制备方法和高温力学性能的研究进展》(王峰,郑欣等.《中国钨业》2014年4月29卷2期)一文中，作者提到了国外W.D.Kloop和W.D.Witzke通过真空电弧熔炼制备W-25Re-0.27HfC合金锭，并尝试通过热挤压的方式开坯制造W-25Re-0.27HfC合金棒材，但未获成功；ToddLeonhardt通过粉末冶金法制备出坯料，然后经过热等静压处理，最后经过旋锻和挤压变形加工方法，得到的直径30mm左右W-24.5Re-2HfC的棒材，室温抗拉强度可以达到1400MPa，断后伸长率可以达到10％，1900℃抗拉强度达到250MPa以上，但断后伸长率不足10％，且此种制造方法工艺复杂，而且旋锻工艺不适于制备更大直径的棒材，热挤压工艺材料利用率低，成本偏高，不适于规模化生产钨合金。专利
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺点，本专利技术的目的之一在于提供一种高性能钨合金棒材，能够满足航空航天高温应用领域对结构材料在2000℃条件下的使用要求。本专利技术的目的之二在于提供一种高性能钨合金棒材的制备方法，采用粉末冶金工艺，制备的钨合金材料晶粒细小、均匀，室温抗拉强度≥1500MPa、断后伸长率≥15％，2000℃抗拉强度≥200MPa、断后伸长率≥15％。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种高性能钨合金棒材，按质量百分比，由如下组分组成：铼10～26％，碳化物0.3～3％，余量为钨(即钨的质量分数为71～89.7％)。在上述高性能钨合金棒材中，作为一种优选实施方式，所述钨由掺杂钨替代，更优选地，所述掺杂钨按质量百分比由如下组分组成：Si0.015～0.035％，Al0.003～0.01％，K0.006～0.016％，余量为钨。掺杂微量的Si、Al、K，有利于进一步提高材料的加工性能，尤其是对于低铼含量的钨铼合金而言。在上述高性能钨合金棒材中，作为一种优选实施方式，所述碳化物为HfC、TiC、ZrC、TaC中的一种或多种；更优选地，按质量百分比，在所述高性能钨合金棒材中，所述碳化物的含量为0.3～1.5％。本专利技术的高性能钨合金棒材中，各组分设计的原理如下：钨，为合金的基体。铼，往钨中引入铼的目的在于利用“铼效应”，本专利技术将铼含量限制在10～26wt％，如果铼含量过高，会形成W2Re3第二相，给钨铼合金的压力加工和机械加工以及热处理带来困难，对材料性能有显著的不良影响；如果铼合金过低，则铼效应会降低。高熔点碳化物，引入高熔点碳化物的目的是利用高熔点的碳化物弥散强化，同时提高钨基体的高温强度，本专利技术将碳化物含量限制在0.3～3wt％，碳化物含量过低则弥散强化效应较差，含量过高则会造成晶界大量碳化物，进而严重影响材料性能；碳化物含量优选控制在0.3～1.5wt％。一种上述高性能钨合金棒材的制备方法，依次包括如下步骤：步骤一，钨铼预合金粉末的制备：按上述高性能钨合金棒材组分配比分别称取钨源和铼源，经预处理得到钨铼预合金粉末；步骤二，钨合金粉末的制备：按上述高性能钨合金棒材组分配比分别称取高熔点碳化物粉末和所述钨铼预合金粉末，进行混合处理，得到钨合金粉末；步骤三，成形处理：按照设计重量将所述钨合金粉末装入设计好的模具型腔内进行成形处理，得到成形坯；步骤四，烧结处理：将所述成形坯在还原性气氛、惰性气体或者真空条件进行烧结处理，得到烧结坯；步骤五，轧制变形处理：将步骤四得到的所述烧结坯进行轧制变形处理，得到轧制棒坯；步骤六，热处理：将步骤五得到的所述轧制棒坯进行退火热处理，得到所述高性能钨铼合金棒材。本专利技术制备方法的技术原理是：一方面通过将钨粉或者掺杂钨粉和铼酸铵粉末混合、并采取合适的还原工艺制备特殊配比的钨铼预合金粉末；另一方面，通过引入高熔点碳化物弥散颗粒增强相，进一步提高合金的高温力学性能；第三方面，通过连续轧制变形加工工艺实现合金单火次大变形致密化处理，较自由锻造工艺而言具有细晶、高致密度、合格率高的优势。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述制备方法还包括机加工步骤，将热处理后的高性能钨铼合金棒材进行机加工处理，得到高性能钨铼合金棒材成品。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述钨源为钨粉或者掺杂钨粉，所述铼源为铼酸铵粉末或铼粉，所述铼源优选为铼酸铵，铼酸铵作为铼源可以使制备的钨铼预合金粉末更加均匀一致；也可以直接使用铼粉作为来源直接混料，但粉末均匀性不如采用铼酸铵掺钨粉还原工艺，钨粉或者掺杂钨粉和铼酸铵粉末的纯度满足国标即可。进一步优选地，所述钨源的费氏粒度为2.0～5.0μm(比如2.2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、4.8μm)。所述掺杂钨粉是指掺杂了Si、Al、K的钨粉，所述掺杂钨粉中钨的纯度≥99.4％；优选地，按质量百分比，Si：0.015～0.035％，Al：0.003～0.01％，K：0.006～0.016％，余量为钨。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，步骤一中，当所述铼源为铼酸铵粉末时，所述预处理依次包括混合处理和还原处理；更优选地，所述混合处理的混合时间为0.5-3h(比如0.6h、0.8h、1.2h、1.5h、2h、2.5h、2.8h)，转速为10-25r/min(比如12r/min、15r/min、18r/min、20r/min、23r/min)；进一步优选地，所述还原处理依次包括：第一次氢气还原处理、混合和第二次氢气还原处理；其中，所述第一次氢气还原处理的温度为300～500℃(比如305℃、310℃、330℃、360℃、400℃、430℃、450℃、470℃、485℃、495℃)，时间为20-60min(比如22min、25min、30min、40min、50min、55min、58min)；所述第二次氢气还原处理的温度为700～900℃(比如705℃、715℃、730℃、750℃、780℃、820℃、850℃、880℃、890℃、895℃)，时间为20-60min(比如22min、25min、30min、40min、50min、55min、58min)；进一步优选地，所述第一次氢气还原处理和所述第二次氢气还原处理中，氢气流量均为3～10L/min。采用多步还原工艺制备钨铼预合金粉末更有利于提高粉末均匀性。在上述制备方法中，为了后续工艺的可行性，作为一种优选实施方式，所述铼酸铵粉末的粒度为-150～-400目；所述铼粉的费氏粒度为-150～-400目。原料粉末过细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能钨合金棒材，其特征在于，按质量百分比，所述棒材由如下组分组成：铼10～26％，碳化物0.3～3％，余量为钨。

【技术特征摘要】
1.一种高性能钨合金棒材，其特征在于，按质量百分比，所述棒材由如下组分组成：铼10～26％，碳化物0.3～3％，余量为钨。2.根据权利要求1所述高性能钨合金棒材，其特征在于，所述钨由掺杂钨替代；更优选地，所述掺杂钨按质量百分比由如下组分组成：Si0.015～0.035％，Al0.003～0.01％，K0.006～0.016％，余量为钨。3.根据权利要求1或2所述高性能钨合金棒材，其特征在于，所述碳化物为HfC、TiC、ZrC、TaC中的一种或多种；更优选地，按质量百分比，在所述高性能钨合金棒材中，所述碳化物的含量为0.3～1.5％。4.一种权利要求1-3中任一项所述高性能钨合金棒材的制备方法，其特征在于，所述制备方法依次包括如下步骤：步骤一，钨铼预合金粉末的制备：按如权利要求1-3中任一所述钨合金棒材组分配比分别称取钨源和铼源，经预处理得到钨铼预合金粉末；步骤二，钨合金粉末的制备：按如权利要求1-3中任一所述钨合金棒材组分配比分别称取高熔点碳化物粉末和所述钨铼预合金粉末，进行混合处理，得到钨合金粉末；步骤三，成形处理：按照设计重量将步骤二得到的所述钨合金粉末装入设计好的模具型腔内进行成形处理，得到成形坯；步骤四，烧结处理：将步骤三得到的所述成形坯在还原性气氛、惰性气体或者真空条件进行烧结处理，得到烧结坯；步骤五，轧制变形处理：将步骤四得到的所述烧结坯进行轧制变形处理，得到轧制棒坯；步骤六，热处理：将步骤五得到的所述轧制棒坯进行退火热处理，得到所述高性能钨铼合金棒材。5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述钨源为钨粉或者掺杂钨粉，所述铼源为铼酸铵粉末或铼粉；所述掺杂钨粉是指掺杂了Si、Al、K的钨粉，所述掺杂钨粉中钨的纯度≥99.4％；按质量百分比，优选为Si：0.015～0.035％，Al：0.003～0.01％，K：0.006～0.016％，余量为钨；所述铼源优选为铼酸铵；进一步优选地，所述钨源的费氏粒度为2.0～5.0μm；所述铼酸铵粉末的粒度为-150～-400目；所述铼粉的费氏粒度为-150～-400目。6.根据权利要求4或5所述制备方法，其特征在于，当所述铼源为铼酸铵粉末时，所述预处理依次包括混合处理和还原处理；优选地，在所述预处理中，所述混合处理的混合时间为0.5-3h，转速为10-25r/min；更优选地，所述还原处...

【专利技术属性】
技术研发人员：董帝，刘国辉，熊宁，王承阳，苏国平，
申请(专利权)人：安泰天龙钨钼科技有限公司，安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11