彈用高比重鎢合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種彈用高比重鎢合金，同時還涉及彈用高比重鎢合金的制備方法， 屬于金屬材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高比重鎢合金是一類以鎢為基體，并添加有附』6、(：〇、〇1、1〇、(>等元素的合金，密 度通常為17.5~19. Og/cm3。高比重鎢合金不僅密度大，而且還具有熔點(diǎn)高、強(qiáng)度大、硬度 高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小、蒸汽壓低以及高溫強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)異的性能使其 在國防、核工業(yè)特別是民用工業(yè)等得到廣泛應(yīng)用，如鎢合金用于桿式動能穿甲彈彈芯材料 以及平衡配重元件、慣性元件、射線屏蔽材料等。隨著主戰(zhàn)坦克、艦船裝甲及各種軍用工事 的日益強(qiáng)化，對彈用材料的性能提出了越來越高的要求。高比重鎢合金動能穿甲彈的穿甲 威力大，與貧鈾合金穿甲彈相比具有無毒性、無放射性污染等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)今世界各國主要的 穿甲武器裝備，也是今后發(fā)展的方向。然而，穿甲彈芯用高比重鎢合金尚存在粘結(jié)相分布不 均、氫脆、金屬間化合物偏析、殘余孔隙多等諸多影響性能穩(wěn)定性的缺陷，而且燒結(jié)態(tài)高比 重鎢合金毛坯強(qiáng)度和塑性均較低，常規(guī)W-Ni-Fe系高密度鎢合金的動態(tài)拉伸性能還需進(jìn)一 步提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度、高塑性彈用高比重鎢合金。
[0004] 同時，本發(fā)明還提供一種上述彈用高比重鎢合金的制備方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 彈用高比重鎢合金，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，合金成分如下：
[0007] 鎢(W)90.0% ~97.0%，
[0008] 氧化鋯(Zr〇2)0.1%~2.0%，
[0009] 粘結(jié)相鎳和鐵(Ni、Fe)2.0%~9.9%，鎳與鐵的質(zhì)量比為3~4:2~1;
[0010] 以及不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 彈用高比重鎢合金的制備方法，步驟如下：分別將偏鎢酸銨（AMT)、硝酸鋯（Zr (Nosh · 5H20)溶于水中，混合，混合液干燥得粉末，粉末經(jīng)煅燒、還原得到復(fù)合鎢粉;取鎳 粉、鐵粉，混合后球磨，得到鎳鐵固溶體;將復(fù)合鎢粉、鎳鐵固溶體混合，混合粉經(jīng)壓制、燒 結(jié)，即得。
[0012] 所述偏鎢酸銨與硝酸鋯的質(zhì)量比為123~133 :0.35~7.0,優(yōu)選為123.36~ 132.96 : 0.35~6.97。偏鎢酸銨的純度大于99.7 %，粒度小于200目。硝酸鋯的純度大于 99.5%，粒度小于120目。
[0013] 所述煅燒的溫度為400~600°C，煅燒時間4~5h。
[0014] 所述還原分兩段進(jìn)行，第一段還原溫度450~600°C，還原時間1~2h，第二段還原 溫度850~900°C，還原時間2~4h。
[0015] 所述復(fù)合鎢粉的顆粒尺寸為500~lOOOnm。
[0016] 所述鎳粉與偏鎢酸銨質(zhì)量比為1.4~7:123~133,優(yōu)選為1.40~6.97:123.36~ 132.96,鎳粉與鐵粉的質(zhì)量比為3~4:2~1。鎳粉優(yōu)選純度99.5%以上、平均粒度2~8μπι的 羰基鎳粉。鐵粉優(yōu)選純度99.5 %以上、平均粒度2~8μπι的羰基鐵粉。
[0017] 所述鎳鐵固溶體的顆粒尺寸為0.8~2μπι，球磨后為亞微米晶。
[0018] 所述球磨的轉(zhuǎn)速為200~350rpm，球磨時間20~35h。球磨在惰性氣氛（如純度 99.99 %以上的高純氬氣）中進(jìn)行，以防粉末被氧化。球磨材料可采用GCrl5小球(直徑如 6mm)，球料比（質(zhì)量比）為5~15:1。
[0019] 所述壓制的壓力為200~350MPa，保壓時間20~40min。在該壓力下可獲得密度較 高、增強(qiáng)相均勻分布、孔隙度均勻的坯料，其在后續(xù)的燒結(jié)工藝中可均勻填充孔隙，不易造 成成分偏析。
[0020] 所述燒結(jié)的溫度為1450~1550°C，保溫時間120~180min。燒結(jié)溫度過低或燒結(jié)時 間過短會使摻雜相對鎢相不浸潤或浸潤差，導(dǎo)致兩相界面結(jié)合較弱，易成為裂紋源;而燒結(jié) 溫度過高或燒結(jié)時間過長，則會產(chǎn)生鎢晶粒的聚集長大，導(dǎo)致合金中鎢顆粒大小不均且粘 結(jié)相分布不均勻，易使合金的延伸性降低。
[0021] 本發(fā)明的有益效果：
[0022] 鎢合金中氧化物的成分、添加量及添加方式對合金的力學(xué)性能有著重要影響。本 發(fā)明以液液摻雜方式，將偏鎢酸銨溶液與硝酸鋯溶液充分混合后蒸干獲得干燥粉末，然后 進(jìn)行煅燒、還原處理，在還原過程中W0 3在氫氣氣氛中揮發(fā)并轉(zhuǎn)入氣相，以蒸氣形式被還原 并沉積在低價氧化鎢或摻雜相Zr02表面，形成成分均勻分布的復(fù)合鎢粉。這種液-液摻雜和 共還原工藝，保證了復(fù)合鎢粉中各成分的均勻一致性。
[0023]本發(fā)明通過合理的成分配比以及嚴(yán)格控制各步驟工藝參數(shù)，在鎢合金中加入高溫 穩(wěn)定相Zr02，Zr02彌散相細(xì)小且在鎢基體中均勻分布，解決了彈用鎢合金致密度低、相分布 不均以致力學(xué)性能差的問題，鎢合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)1250MPa以上，延伸率達(dá)17 %以上，兼具 高強(qiáng)度和高塑性特性。
【附圖說明】
[0024]圖1為實(shí)施例3中鎢合金的顯微組織圖；
[0025] 圖2為實(shí)施例3中鎢合金的EDS分析譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下述實(shí)施例僅對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 彈用高比重鎢合金，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，合金成分如下：
[0029] 鎢(W)94.6%，
[0030] 氧化鋯（Zr02)0.6%，
[0031] 鎳（Ni)3.36%，
[0032] 鐵(Fe)1.44%，
[0033] 以及不可避免的雜質(zhì)。
[0034]彈用高比重鎢合金（100kg)的制備方法，包括以下步驟：
[0035] 1)含氧化鋯復(fù)合鎢粉的制備
[0036]將129.68kg偏鎢酸銨(偏鎢酸銨轉(zhuǎn)化為氧化鎢粉率為92%)和2.09kg硝酸鋯分別 溶于水中，再將兩溶液混合均勻得混合液;取混合液蒸干，得到的干燥粉末在溫度500°C下 煅燒4小時;將煅燒產(chǎn)物放入推桿還原爐內(nèi)分兩段還原，第一段還原的溫度為550°C，還原時 間1小時，第二段還原的溫度為900°C，還原時間3小時，還原后過120目篩網(wǎng)得復(fù)合鎢粉； [0037] 2)粘結(jié)相鎳鐵固溶體的制備
[0038]按照質(zhì)量比7:3稱取3.36kg鎳粉和1.44kg鐵粉，并將其放入高能攪拌式球磨機(jī)中， 通入高純氬氣(純度大于99.99%)作為保護(hù)氣，球磨材料采用直徑6mm的GCrl5小球，球料比 (質(zhì)量比）10:1，控制球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為25小時，得到亞微米晶鎳鐵固溶 體；
[0039] 3)混合粉的制備
[0040]將95.20kg復(fù)合鎢粉和4.80kg鎳鐵固溶體置于傾斜混料機(jī)中混勻，轉(zhuǎn)速25轉(zhuǎn)/分 鐘，傾斜角度13°，混粉時間25小時，混勻后過120目篩網(wǎng)，得到混合粉；
[0041] 4)壓制、燒結(jié)成型
[0042]將混合粉放入壁厚約為2mm的膠套中，再置于250MPa超高壓室內(nèi)進(jìn)行冷等靜壓，保 壓時間為30分鐘，得到冷壓坯料;將冷壓坯料放入氫氣保護(hù)燒結(jié)爐中，在溫度1500°C下液相 燒結(jié)，燒結(jié)時間為150分鐘，即得。
[0043] 實(shí)施例2
[0044] 彈用高比重鎢合金，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，合金成分如下：
[0045] 鎢(W)91.7%，
[0046] 氧化鋯（Zr02)0.2%，
[0047] 鎳（Ni)5.67%，
[0048] 鐵(Fe)2.43%，
[0049] 以及不可避免的雜質(zhì)。
[0050] 彈用高比重鎢合金（100kg)的制備方法，包括以下步驟：
[0051] 1)含氧化鋯復(fù)合鎢粉的制備
[0052] 將125.7lkg偏鎢酸銨和0.70kg硝酸鋯分別溶于水中，再將兩溶液混合均勻得混合 液;取混合液蒸干，得到的干燥粉末在溫度400°C下煅燒5小時;將煅燒產(chǎn)物放入推桿還原爐 內(nèi)分兩段還原，第一段還原的溫度為500°C，還原時間2小時，第二段還原的溫度為850°C，還 原時間2小時，還原后過200目篩網(wǎng)得復(fù)合鎢粉；
[0053] 2)粘結(jié)相鎳鐵固溶體的制備
[0054]按照質(zhì)量比7:3稱取5.67kg鎳粉和2.43kg鐵粉，并將其放入高能攪拌式球磨機(jī)中， 通入高純氬氣(純度大于99.99%)作為保護(hù)氣，球磨材料采用直徑6mm的GCrl5小球，球料比 (質(zhì)量比）12:1，控制球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為30小時，得到亞微米晶鎳鐵固溶 體；
[0055] 3)混合粉的制備
[0056]將91.90kg復(fù)合鎢粉和8.10kg鎳鐵固溶體置于傾斜混料機(jī)中混勻，轉(zhuǎn)速25轉(zhuǎn)/分 鐘，傾斜角度13°，混粉時間20小時，混勻后過100目篩網(wǎng)，得到混合粉；
[0057] 4)壓制、燒結(jié)成型
[0058]將混合粉放入壁厚約為2mm的膠套中，再置于350MPa超高壓室內(nèi)進(jìn)行冷等靜壓，保 壓時間為40分鐘，得到冷壓坯料;將冷壓坯料放入氫氣保護(hù)燒結(jié)爐中，在溫度1480°C下液相 燒結(jié)，燒結(jié)時間為140分鐘，即得。
[0059] 實(shí)施例3
[0060]彈用高比重鎢合金，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，合金成分如下：
[0061] 鎢(W)92.9%，
[0062] 氧化鋯（Zr02)0.8%，
[0063] 鎳（Ni)4.41%，
[0064] 鐵(Fe)1.89%，
[0065] 以及不可避免的雜質(zhì)。
[0066] 彈用高比重鎢合金（100kg)的制備方法，包括以下步驟：
[0067] 1)含氧化鋯復(fù)合鎢粉的制備
[0068] 將127.35kg偏鎢酸銨和2.79kg硝酸鋯分別溶于水中，再將兩溶液混合均勻得混合 液;取混合液蒸干，得到的干燥粉末在溫度450°C下煅燒5小時;將煅燒產(chǎn)物放入推桿還原爐 內(nèi)分兩段還原，第一段還原的溫度為600°C，還原時間1.5小時，第二段還原的溫度為900°C， 還原時間4小時，還原后過140目篩網(wǎng)得復(fù)合鎢粉；
[0069] 2)粘結(jié)相鎳鐵固溶體的制備
[0070]按照質(zhì)量比7:3稱取4.41kg鎳粉和1.89kg鐵粉，并將其放入高能攪拌式球磨機(jī)中， 通入高純氬氣(純度大于99.99%)作為保護(hù)氣，球磨材料采用直徑6mm的GCrl5小球，球料比 (質(zhì)量比）14:1，控制球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為20小時，得到亞微米晶鎳鐵固溶 體；
[0071] 3)混合粉的制備
[0072]將93.70kg復(fù)合鎢粉和6.30kg鎳鐵固溶體置于傾斜混料機(jī)中混勻，轉(zhuǎn)速25轉(zhuǎn)/分 鐘，傾斜角度13°，混粉時間30小時，混勻后過140目篩網(wǎng)，得到混合粉；
[0073] 4)壓制、燒結(jié)成型
[0074]將混合粉放入壁厚約為2mm的膠套中，再置于200MPa超高壓室內(nèi)進(jìn)行冷等靜壓，保 壓時間為35分鐘，得到冷壓坯料;將冷壓坯料放入氫氣保護(hù)燒結(jié)爐中，在溫度1520°C下液相 燒結(jié)，燒結(jié)時間為180分鐘，即得。
[0075] 實(shí)施例4
[0076] 彈用高比重鎢合金，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，合金成分如下：
[0077] 鎢（W)96.6%，
[0078] 氧化鋯（Zr02)0.4%，
[0079] 鎳(Ni)2.1%，
[0080] 鐵(Fe)0.9%，
[0081] 以及不可避免的雜質(zhì)。
[0082]彈用高比重鎢合金（100kg)的制備方法，包括以下步驟：