一種高強高韌鎢合金材料及其製備方法與流程
2024-04-01 21:16:05 1
本發明涉及一種高強高韌鎢合金材料及其製備方法。
背景技術：
1907年，一種低鎳含量的鎢合金問世，它是通過機械加工方法製備的，但是嚴重的脆性妨礙了它的應用。直到1909年，美國通用電器公司的庫利奇(w．D．Coolidge)通過粉末冶金法製得鎢坯條，再利用機械加工生產出在室溫下具有延性的鎢絲，從而奠定了鎢絲加工業的基礎，也奠定了粉末冶金的基礎。鎢合金是以鎢為基加入其他元素組成的合金。在金屬中，鎢的熔點最高，高溫強度和抗蠕變性能以及導熱、導電和電子發射性能都好，比重大，除大量用於製造硬質合金和作合金添加劑外，鎢及其合金廣泛用於電子、電光源工業，也在航天、鑄造、武器等部門中用於製作火箭噴管、壓鑄模具、穿甲彈芯、觸點、發熱體和隔熱屏等。然而鎢合金的斷裂韌性並不高，難以滿足市場的需求。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種具有鎢合金材料傳統的優點並顯著提高了斷裂韌性的高強高韌鎢合金材料及其製備方法。為解決上述問題，本發明採用如下技術方案：一種高強高韌鎢合金材料及其製備方法，包括以下重量份數配比的原料：包括以下重量份數配比的原料：鎢粉150-210份、鉬絲12-18份、鎳粉38-44份、鐵粉50-110份、鈷粉20-26份、錸粉8-14份、錳粉6-12份、鋯粉3-9份、碳化鉭5-11份和氧化釔5-11份。進一步的，包括以下重量份數配比的原料：鎢粉160-200份、鉬絲13-17份、鎳粉39-43份、鐵粉60-100份、鈷粉21-25份、錸粉9-13份、錳粉7-11份、鋯粉4-8份、碳化鉭6-10份和氧化釔6-10份。進一步的，包括以下重量份數配比的原料：包括以下重量份數配比的原料：鎢粉170-190份、鉬絲14-16份、鎳粉40-42份、鐵粉70-90份、鈷粉22-24份、錸粉10-12份、錳粉8-10份、鋯粉5-7份、碳化鉭7-9份和氧化釔7-9份。進一步的，包括以下重量份數配比的原料：鎢粉180份、鉬絲15份、鎳粉41份、鐵粉80份、鈷粉23份、錸粉11份、錳粉9份、鋯粉6份、碳化鉭8份和氧化釔8份。進一步的，所述鎢粉為納米鎢粉。進一步的，所述鉬絲的直徑為0.02-0.06mm，所述鉬絲為鑭鉬絲。本發明要解決的另一技術問題是提供一種高強高韌鎢合金材料的製備方法，包括以下步驟：1）將鎢粉150-210份、鎳粉38-44份、鐵粉50-110份、鈷粉20-26份、錸粉8-14份、錳粉6-12份、鋯粉3-9份、碳化鉭5-11份和氧化釔5-11份進行真空乾燥處理，乾燥溫度為90-110℃，真空度為4-6Pa，乾燥時間為5-15min，製得乾燥粉末，備用；2）將鉬絲12-18份裁切成短絲，製得短絲，備用；3）將步驟1）製得的乾燥粉末和步驟2）製得的短絲進行球磨混料，球磨混料的轉速為1500-1700r/min，混料時間為8-12h，製得混合材料，備用；4）將步驟3）中的混合材料利用熱等靜壓方法進行燒結，燒結時間為2-4小時，使用氮氣作加壓介質，壓強為140-190MPa，即得鎢合金材料。進一步的，所述步驟2）中的短絲的長度為0.5cm-1.5cm。進一步的，所述步驟4)中的燒結溫度為1550-1750℃。以下是高強高韌鎢合金材料的原料的作用或優點：鎢粉：熔點極高，硬度很大，而鎢是典型的稀有金屬，具有極為重要的用途。鉬絲：延伸率小，不易斷絲，壽命長。鎳粉：主要用於合金及用作催化劑。鐵粉：是粉末冶金的主要原料。鈷粉：鈷作為粉末冶金中的粘結劑能保證硬質合金有一定的韌性錸粉：鎢或鉬合金中加入錸可增加延展性能。錳粉：主要用於金剛石工具，粉末冶金等行業中，有很好的脫氧能力，能把FeO還原成鐵。鋯粉：能細化晶粒、降低塑性一脆性轉變溫度。碳化鉭：用於粉末冶金、切削工具、精細陶瓷、化學氣相沉積、硬質耐磨合金刀具、工具、模具和耐磨耐蝕結構部件添加劑，提高合金的韌性，目前也用碳化鉭做硬質合金燒結晶粒長大抑制劑用。氧化釔：燒結時添加氧化釔可有效降低鎢合金的晶粒度。本發明的有益效果是：通過添加有鈷粉和碳化鉭，可以使得材料的韌性得到較大的增強，而且將粉末冶金工藝和纖維細絲增韌概念結合起來，使得成品的韌性和抗裂性能得到大大的提升，經過材料斷裂韌性測試儀檢測得斷裂韌性與現有的鎢合金相比提高了61%-70%，鋯粉和碳化鉭的配合使用，可以有效降低燒結時的晶粒度，再結合熱等靜壓工藝加工處理後，材料可以達到100%緻密化，使材料具有很高的再結晶溫度、優異的高溫強度和抗蠕變性能，高熔點、高硬度和高耐蝕性，經過硬度測試儀測得硬度與現有的鎢合金相比提高了65-77%，提高鎢的高溫抗下垂性能，通過加入了錸粉可增加成品的延展性能，可以方便後續加工成各種板材，而且可以降低塑性-脆性轉變溫度，可以廣泛應用於各種領域。具體實施方式實施例1一種高強高韌鎢合金材料，包括以下重量份數配比的原料：鎢粉150份、鉬絲12份、鎳粉38份、鐵粉50份、鈷粉20份、錸粉8份、錳粉6份、鋯粉3份、碳化鉭5份和氧化釔5份。一種高強高韌鎢合金材料的製備方法包括以下步驟：1）將鎢粉150份、鎳粉38份、鐵粉50份、鈷粉20份、錸粉8份、錳粉6份、鋯粉3份、碳化鉭5份和氧化釔5份進行真空乾燥處理，乾燥溫度為90℃，真空度為4Pa，乾燥時間為5min，製得乾燥粉末，備用；2）將鉬絲12份裁切成0.5cm的短絲，製得短絲，備用；3）將步驟1）製得的乾燥粉末和步驟2）製得的短絲進行球磨混料，球磨混料的轉速為1500r/min，混料時間為8h，製得混合材料，備用；4）將步驟3）中的混合材料利用熱等靜壓方法進行燒結，燒結溫度為1550℃，燒結時間為2小時，使用氮氣作加壓介質，壓強為140MPa，即得鎢合金材料。經過硬度測試儀測得本實施例的鎢合金材料的硬度為58HRC，現有常用的鎢合金的硬度一般為35HRC，本實施例的鎢合金材料與現有的常用鎢合金相比硬度提升了65%。經過材料斷裂韌性測試儀檢測得本實施例的鎢合金材料斷的裂韌性為7.6MPam½，現有常用的鎢合金的斷裂韌性一般為4.7MPam½，本實施例的鎢合金材料與現有的常用鎢合金相比斷裂韌性提高了61%。實施例2一種高強高韌鎢合金材料，包括以下重量份數配比的原料：鎢粉210份、鉬絲18份、鎳粉44份、鐵粉110份、鈷粉26份、錸粉14份、錳粉12份、鋯粉9份、碳化鉭11份和氧化釔11份。一種高強高韌鎢合金材料的製備方法，包括以下步驟：1）將鎢粉210份、鎳粉44份、鐵粉110份、鈷粉26份、錸粉14份、錳粉12份、鋯粉9份、碳化鉭11份和氧化釔11份進行真空乾燥處理，乾燥溫度為110℃，真空度為6Pa，乾燥時間為15min，製得乾燥粉末，備用；2）將鉬絲18份裁切成1.5cm的短絲，製得短絲，備用；3）將步驟1）製得的乾燥粉末和步驟2）製得的短絲進行球磨混料，球磨混料的轉速為1700r/min，混料時間為12h，製得混合材料，備用；4）將步驟3）中的混合材料利用熱等靜壓方法進行燒結，燒結溫度為1750℃，燒結時間為4小時，使用氮氣作加壓介質，壓強為190MPa，即得鎢合金材料。經過硬度測試儀測得本實施例的鎢合金材料的硬度為60HRC，現有常用的鎢合金的硬度一般為35HRC，本實施例的鎢合金材料與現有的常用鎢合金相比硬度提升了71%。經過材料斷裂韌性測試儀檢測得本實施例的鎢合金材料的斷裂韌性為7.7MPam½，現有常用的鎢合金的斷裂韌性一般為4.7MPam½，本實施例的鎢合金材料與現有的常用鎢合金相比斷裂韌性提高了63%。實施例3一種高強高韌鎢合金材料，包括以下重量份數配比的原料：鎢粉180份、鉬絲15份、鎳粉41份、鐵粉80份、鈷粉23份、錸粉11份、錳粉9份、鋯粉6份、碳化鉭8份和氧化釔8份。一種高強高韌鎢合金材料的製備方法，包括以下步驟：1）將鎢粉180份、鎳粉41份、鐵粉80份、鈷粉23份、錸粉11份、錳粉9份、鋯粉6份、碳化鉭8份和氧化釔8份進行真空乾燥處理，乾燥溫度為100℃，真空度為5Pa，乾燥時間為10min，製得乾燥粉末，備用；2）將鉬絲15份裁切成0.7cm的短絲，製得短絲，備用；3）將步驟1）製得的乾燥粉末和步驟2）製得的短絲進行球磨混料，球磨混料的轉速為1600r/min，混料時間為10h，製得混合材料，備用；4）將步驟3）中的混合材料利用熱等靜壓方法進行燒結，燒結溫度為1650℃，燒結時間為3小時，使用氮氣作加壓介質，壓強為170MPa，即得鎢合金材料。經過硬度測試儀測得本實施例的鎢合金材料的硬度為59HRC，現有常用的鎢合金的硬度一般為35HRC，本實施例的鎢合金材料與現有的常用鎢合金相比硬度提升了68%。經過材料斷裂韌性測試儀檢測得本實施例的鎢合金材料的斷裂韌性為7.8MPam½，現有常用的鎢合金的斷裂韌性一般為4.7MPam½，本實施例的鎢合金材料與現有的常用鎢合金相比斷裂韌性提高了65%。實施例4一種高強高韌鎢合金材料，包括以下重量份數配比的原料：納米鎢粉180份、鑭鉬絲15份、鎳粉41份、鐵粉80份、鈷粉23份、錸粉11份、錳粉9份、鋯粉6份、碳化鉭8份和氧化釔8份。一種高強高韌鎢合金材料的製備方法，包括以下步驟：1）將納米鎢粉180份、鎳粉41份、鐵粉80份、鈷粉23份、錸粉11份、錳粉9份、鋯粉6份、碳化鉭8份和氧化釔8份進行真空乾燥處理，乾燥溫度為100℃，真空度為5Pa，乾燥時間為10min，製得乾燥粉末，備用；2）將直徑為0.02cm的鑭鉬絲15份裁切成0.7cm的短絲，製得短絲，備用；3）將步驟1）製得的乾燥粉末和步驟2）製得的短絲進行球磨混料，球磨混料的轉速為1600r/min，混料時間為10h，製得混合材料，備用；4）將步驟3）中的混合材料利用熱等靜壓方法進行燒結，燒結溫度為1650℃，燒結時間為3小時，使用氮氣作加壓介質，壓強為170MPa，即得鎢合金材料。經過硬度測試儀測得本實施例的鎢合金材料的硬度為62HRC，現有常用的鎢合金的硬度一般為35HRC，本實施例的鎢合金材料與現有的常用鎢合金相比硬度提升了77%。經過材料斷裂韌性測試儀檢測得本實施例的鎢合金材料的斷裂韌性為8.0am½，現有常用的鎢合金的斷裂韌性一般為4.7MPam½，本實施例的鎢合金材料與現有的常用鎢合金相比斷裂韌性提高了70%。本發明的有益效果是：通過添加有鈷粉和碳化鉭，可以使得材料的韌性得到較大的增強，而且將粉末冶金工藝和纖維細絲增韌概念結合起來，使得成品的韌性和抗裂性能得到大大的提升，經過材料斷裂韌性測試儀檢測得斷裂韌性與現有的鎢合金相比提高了61%-70%，鋯粉和碳化鉭的配合使用，可以有效降低燒結時的晶粒度，再結合熱等靜壓工藝加工處理後，材料可以達到100%緻密化，使材料具有很高的再結晶溫度、優異的高溫強度和抗蠕變性能，高熔點、高硬度和高耐蝕性，經過硬度測試儀測得硬度與現有的鎢合金相比提高了65-77%，提高鎢的高溫抗下垂性能，通過加入了錸粉可增加成品的延展性能，可以方便後續加工成各種板材，而且可以降低塑性-脆性轉變溫度，可以廣泛應用於各種領域。以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何不經過創造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。