一種新型鎢合金預製破片的製備方法與流程
2024-04-01 23:02:05
本發明涉及的是粉末冶金技術領域，具體涉及一種新型鎢合金預製破片的製備方法。
背景技術：
高密度鎢合金具有密度高、強度和硬度高、導電導熱性能好、熱膨脹係數低、吸收射線能力強以及耐高壓、耐電蝕性能優良等特點，有利於對其進行機加工、焊接、鍛壓及熱處理，在國防軍工、航空航天、電子信息、能源、冶金、機械加工和核工業等領域中有著不可替代的作用。鎢合金預製破片密度高、穿甲能力強，是防空、反輻射、面殺傷的主要殺傷元素之一，預製破片技術已廣泛應用於各種類型的戰鬥部上。所用的預製破片主要有圓柱體、球體、立方體、長方體等，目前，軍用高比重鎢合金預製破片都是外表光滑，通過實踐和理論分析，光滑圓球飛行時速度損失較快，在一定程度上降低了鎢合金預製破片對目標的穿透能力。
中國實用新型專利申請號CN202270311U公布的一種高比重鎢合金預製破片球，在光滑圓球的表面設有一些凹坑，這種帶凹坑的鎢合金球與表面光滑的鎢合金相比，在同樣地條件下，飛行球速度得到一定程度的提高，但是該方法生產效率低，且該產品對目標的穿透能力有限。
注射成形技術是國際上發展最為迅猛的一項新型粉末冶金近淨成形技術，它可成形複雜形狀、組織結構均勻、尺寸精度高的製品，而且自動化程度高，適合大規模生產，是一種很有前途的成形方法。目前注射成型技術已經應用於鎢合金異形零件的生產。在中國發明專利申請號CN102581281A中公布的一種手機振子的製備方法，它將鎢基合金粉與水溶性的粘接劑在165-180℃的溫度下混合，得到混合物，將所得混合物模壓成型為手機振子坯件，將所得手機振子坯件進行脫脂處理以脫除其中的粘接劑，最後在氮氣保護下進行微波燒結，製備得到手機振子；採用注射成形發製備圓球形鎢合金預製破片，通過調整注射參數消除缺陷，通過調整燒結來提高合金力學性能。
技術實現要素：
針對現有技術上存在的不足，本發明目的是在於提供一種新型鎢合金預製破片的製備方法，將注射成型技術引入到鎢合金預製破片的生產，使帶橢圓形凹坑的橢圓形預製破片一次成形，且可以一次成形多個產品，縮短了工藝流程，提高了生產效率。
為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：一種新型鎢合金預製破片的製備方法，其製備步驟為：(1)設計注射成型模具；
(2)將W、Ni、Fe原材料粉末在混合機中混合均勻；
(3)將混合粉和成型劑按比例在捏合機中捏合均勻；
(4)將捏合均勻的混合料進行擠出制粒；
(5)餵料：將制粒料放入注射機中，經注射至注射成模具內成型，形成橢圓形帶凹坑的壓坯；
(6)脫脂：脫模後，在脫膠爐中進行加熱脫脂；
(7)將脫脂後的毛坯在鉬絲推桿爐中進行燒結，燒結後形成鎢合金預製破片。
作為優選，所述的W、Ni、Fe為鎢合金預製破片的主要成分，其中W質量含量在85％-97％之間，Ni與Fe的質量比在1.5-2.5之間。
作為優選，所述的混合粉與成型劑的質量比為20∶1，成形劑的組分為：59％石蠟、20％地蠟、10％醋酸乙烯酯共聚物、10％高密度聚乙烯、1％硬脂酸。
作為優選，所述的成型模具為一模多腔，成型模具由注射模具分型面、型腔、流道組成，型腔表面設有凸起，注射模具型腔表面凸起的橢圓形的長軸與橢圓形型腔長軸相互平行。
作為優選，所述的鎢合金預製破片表面凹坑為橢圓形，鎢合金預製破片的表面橢圓形凹坑的長軸長度為預製破片長軸長度的1/4，表面橢圓形凹坑的深度為凹坑長軸長度1/3。
作為優選，所述的混合機為傾斜滾筒或雙錐混料機；所述的捏合機為真空捏合機；所述製備步驟(4)採用的設備為擠出制粒機；所述的注射機為真空注射機；所述的脫膠爐為氣氛脫脂爐；所述的鉬絲推桿爐為二鉬絲推桿燒結爐。
本發明的有益效果：將注射成型技術引入到鎢合金預製破片的生產，使帶橢圓形凹坑的橢圓形預製破片一次成形，且可以一次成形多個產品，縮短了工藝流程，提高了生產效率；這種帶凹坑的鎢合金預製破片比表面光滑的鎢合金球在同樣地條件下，飛行球速度得到一定程度的提高，且對目標的穿透能力有明顯的提高。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式來詳細說明本發明；
圖1為本發明預製破片的注射成型模具示意圖；
圖2為本發明鎢合金預製破片的型腔示意圖。
具體實施方式
為使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。
參照圖1-2，本具體實施方式採用以下技術方案：一種新型鎢合金預製破片的製備方法，通過以下步驟製備表面帶有橢圓形凹坑的橢圓形鎢合金預製破片：(1)設計一模多腔、橢圓形型腔表面帶橢圓凸起的成形模具；
(2)將W、Ni、Fe原材料粉末在混合機中混合均勻；W、Ni、Fe為鎢合金預製破片的主要成分，其中W質量含量在85％-97％之間，Ni與Fe的質量比在1.5-2.5之間；
(3)將混合粉和成型劑按比例在捏合機中捏合均勻；所述的混合粉與成型劑的質量比為20∶1，成形劑的組分為：59％石蠟、20％地蠟、10％醋酸乙烯酯共聚物、10％高密度聚乙烯、1％硬脂酸；
(4)將捏合均勻的混合料進行擠出制粒；
(5)餵料：將制粒料放入注射機中，經注射至注射成模具內成型，形成橢圓形帶凹坑的壓坯；
(6)脫脂：脫模後，在脫膠爐中進行加熱脫脂；
(7)將脫脂後的毛坯在鉬絲推桿爐中進行燒結，燒結後形成鎢合金預製破片。
值得注意的是，所述的成型模具為一模多腔，成型模具由注射模具分型面1、型腔2、流道3組成，型腔2表面設有凸起4，注射模具型腔表面凸起的橢圓形的長軸與橢圓形型腔長軸相互平行。
值得注意的是，所述的鎢合金預製破片表面凹坑為橢圓形，鎢合金預製破片的表面橢圓形凹坑的長軸長度為預製破片長軸長度的1/4，表面橢圓形凹坑的深度為凹坑長軸長度1/3。
此外，所述的混合機為傾斜滾筒或雙錐混料機；所述的捏合機為真空捏合機；所述製備步驟(4)採用的設備為擠出制粒機；所述的注射機為真空注射機；所述的脫膠爐為氣氛脫脂爐；所述的鉬絲推桿爐為二鉬絲推桿燒結爐。
本具體實施方式把預製鎢合金破片設計成橢圓形，並且在橢圓形的表面按照一定的規律形成均勻分布的橢圓形凹坑，較現有表面光滑的預製破片或設計有多個同樣大小的凹坑的圓形鎢合金預製破片，飛行球速度更快，飛得更遠，穿透目標的能力更強。
實施例1：(1)設計一模多腔、橢圓形型腔表面帶橢圓凸起的成形模具，其中鎢合金預製破片注射模具型腔表面凸起的橢圓形的長軸與橢圓形型腔長軸與相互平行；
(2)將W粉、Ni粉、Fe粉3種原材料粉末，按照質量比85∶17.5∶7.5進行稱重配料，之後放入球磨機中機械混合6h，其中球料比為22.5∶100，製成均勻混合粉；
(3)將均勻的混合粉與成型劑放入捏合機中捏合，混合粉與成型劑的質量比為20∶1，之後在170℃、真空度＜0.01MPa捏合5h，捏合完成後停止加熱但繼續攪拌，當料溫＜50℃後出料；成型劑的組分為：59％PW(石蠟)+20％Ceresin(地蠟)+10％EVA(醋酸乙烯酯共聚物)+10％HDPE(高密度聚乙烯)+1％SA(硬脂酸)；
(4)將捏合後的混合料放入擠出制粒機中，連續擠出制粒3次，制粒機一區溫度120℃，二區溫度140℃，三區溫度110℃，模頭溫度100℃，擠出速度為30-35r/min，切刀轉速為20-25r/min，擠出的類球形顆粒直徑約3mm；
(5)將類球形顆粒放入注射機中，在110MPa壓力、溫度140℃下擠出至設計的模具中成型，等冷卻開模後取出壓坯；
(6)將壓坯放入熱脫脂爐中進行熱脫脂處理，升溫過程如下：室溫--(30mins)--115℃--(240mins)--350℃(保溫60mins)--(30mins)--490℃(30mins)--(30mins)--620℃(30mins)--(90mins)--降至室溫；
(7)將脫脂處理後的壓坯放入鉬絲推桿爐中燒結合金化，燒結溫度為1420℃，推舟速度為8mm/min，經燒結後壓坯變成鎢合金預製破片。
實施例2：(1)設計一模多腔、橢圓形型腔表面帶橢圓凸起的成形模具，其中鎢合金預製破片注射模具型腔表面凸起的橢圓形的長軸與橢圓形型腔長軸與相互平行；
(2)將W粉、Ni粉、Fe粉3種原材料粉末，按照質量比90∶7∶3進行稱重配料，之後放入球磨機中機械混合6h，其中球料比為22.5∶100，製成均勻混合粉；
(3)將均勻的混合粉與成型劑放入捏合機中捏合，混合粉與成型劑的質量比為20∶1，之後在170℃、真空度＜0.01MPa捏合5h，捏合完成後停止加熱但繼續攪拌，當料溫＜50℃後出料；成型劑的組分為：59％PW(石蠟)+20％Ceresin(地蠟)+10％EVA(醋酸乙烯酯共聚物)+10％HDPE(高密度聚乙烯)+1％SA(硬脂酸)；
(4)將捏合後的混合料放入擠出制粒機中，連續擠出制粒3次，制粒機一區溫度120℃，二區溫度140℃，三區溫度110℃，模頭溫度100℃，擠出速度為30-35r/min，切刀轉速為20-25r/min，擠出的類球形顆粒直徑約3mm；
(5)將類球形顆粒放入注射機中，在110MPa壓力、溫度140℃下擠出至設計的模具中成型，等冷卻開模後取出壓坯；
(6)將壓坯放入熱脫脂爐中進行熱脫脂處理，升溫過程如下：室溫--(30mins)--115℃--(240mins)--350℃(保溫60mins)--(30mins)--490℃(30mins)--(30mins)--620℃(30mins)--(90mins)--降至室溫；
(7)將脫脂處理後的壓坯放入鉬絲推桿爐中燒結合金化，燒結溫度為1460℃，推舟速度為8mm/min，經燒結後壓坯變成鎢合金預製破片。
實施例3：(1)設計一模多腔、橢圓形型腔表面帶橢圓凸起的成形模具，其中鎢合金預製破片注射模具型腔表面凸起的橢圓形的長軸與橢圓形型腔長軸與相互平行；
(2)將W粉、Ni粉、Fe粉3種原材料粉末，按照質量比93∶4.9∶2.1進行稱重配料，之後放入球磨機中機械混合6h，其中球料比為22.5∶100，製成均勻混合粉；
(3)將均勻的混合粉與成型劑放入捏合機中捏合，混合粉與成型劑的質量比為20∶1，之後在170℃、真空度＜0.01MPa捏合5h，捏合完成後停止加熱但繼續攪拌，當料溫＜50℃後出料；成型劑的組分為：59％PW(石蠟)+20％Ceresin(地蠟)+10％EVA(醋酸乙烯酯共聚物)+10％HDPE(高密度聚乙烯)+1％SA(硬脂酸)；
(4)將捏合後的混合料放入擠出制粒機中，連續擠出制粒3次，制粒機一區溫度120℃，二區溫度140℃，三區溫度110℃，模頭溫度100℃，擠出速度為30-35r/min，切刀轉速為20-25r/min，擠出的類球形顆粒直徑約3mm；
(5)將類球形顆粒放入注射機中，在110MPa壓力、溫度140℃下擠出至設計的模具中成型，等冷卻開模後取出壓坯；
(6)將壓坯放入熱脫脂爐中進行熱脫脂處理，升溫過程如下：室溫--(30mins)--115℃--(240mins)--350℃(保溫60mins)--(30mins)--490℃(30mins)--(30mins)--620℃(30mins)--(90mins)--降至室溫；
(7)將脫脂處理後的壓坯放入鉬絲推桿爐中燒結合金化，燒結溫度為1490℃，推舟速度為8mm/min，經燒結後壓坯變成鎢合金預製破片。
實施例4：(1)設計一模多腔、橢圓形型腔表面帶橢圓凸起的成形模具，其中鎢合金預製破片注射模具型腔表面凸起的橢圓形的長軸與橢圓形型腔長軸與相互平行；
(2)將W粉、Ni粉、Fe粉3種原材料粉末，按照質量比97∶2∶1進行稱重配料，之後放入球磨機中機械混合6h，其中球料比為22.5∶100，製成均勻混合粉；
(3)將均勻的混合粉與成型劑放入捏合機中捏合，混合粉與成型劑的質量比為20∶1，之後在170℃、真空度＜0.01MPa捏合5h，捏合完成後停止加熱但繼續攪拌，當料溫＜50℃後出料；成型劑的組分為：59％PW(石蠟)+20％Ceresin(地蠟)+10％EVA(醋酸乙烯酯共聚物)+10％HDPE(高密度聚乙烯)+1％SA(硬脂酸)；
(4)將捏合後的混合料放入擠出制粒機中，連續擠出制粒3次，制粒機一區溫度120℃，二區溫度140℃，三區溫度110℃，模頭溫度100℃，擠出速度為30-35r/min，切刀轉速為20-25r/min，擠出的類球形顆粒直徑約3mm；
(5)將類球形顆粒放入注射機中，在110MPa壓力、溫度140℃下擠出至設計的模具中成型，等冷卻開模後取出壓坯；
(6)將壓坯放入熱脫脂爐中進行熱脫脂處理，升溫過程如下：室溫--(30mins)--115℃--(240mins)--350℃(保溫60mins)--(30mins)--490℃(30mins)--(30mins)--620℃(30mins)--(90mins)--降至室溫；
(7)將脫脂處理後的壓坯放入鉬絲推桿爐中燒結合金化，燒結溫度為1550℃，推舟速度為8mm/min，經燒結後壓坯變成鎢合金預製破片。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。