一种钨钛合金的制备方法与流程

本发明属于金属材料
技术领域：
，涉及一种钨钛合金的制备方法。
背景技术：
：钨是一种非常重要的有色金属，它具有密度高、强度大、耐高温等一系列特性，通常被用于配重材料、屏蔽材料以及军用战斗部材料，在医疗、工程机械、五金工具、军事、航天等领域应用范围广阔。钨钛合金兼具钨合金和钛合金的一些特性，因此在机械、矿业、医疗、核工业及军工领域有着广泛的应用。钨、钛元素虽然具有无限固溶的特性，但是钨含量达到10％以上时，因材料熔点急剧升高，使得合金的制备有较高难度，工业上常采用超高温真空烧结工艺和电弧熔炼工艺进行制备。通过真空烧结工艺很难使钨钛完全合金化，真空熔炼工艺一般选择钨粉和海绵钛颗粒(或纯钛)作为原材料，通过电弧熔炼5～10次的反复翻转重熔才能够达到成分均匀，制备效率很低，并且材料均匀性和杂质含量不易控制。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单易操作、制备效率高的钨钛合金的制备方法，能够保证钨钛合金的充分合金化和组织均匀性，适用于批量制备。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种钨钛合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将钨粉及钛粉按配比进行称量，在惰性气氛保护下混合均匀，其中钨粉的质量百分比为10～65％；2)采用机械压机或冷等静压机压制成坯料；3)坯料放入真空烧结炉中进行致密化烧结；4)钨钛烧结料出炉冷却后在非自耗真空电弧炉中进行熔炼，得到所需的钨钛合金。作为优选，所述步骤1)的钨粉的粒度范围为1～10μm，钛粉的粒度范围为1～150μm，混合时，将两种粉末倒入混料罐中，按球料比1:4加入钨球，抽真空后充入氩气，混粉时间4～8小时。作为优选，所述步骤2)的压制成坯料的压制压强为50～200mpa，压坯尺寸各方向不小于0.5cm并且不大于2cm，大块坯体按尺寸要求进行破碎。进一步，所述步骤3)的致密化烧结的烧结温度为900～1200℃，烧结时间2～5小时，真空烧结炉的炉体真空度不低于10-3pa，出炉温度不高于50℃。进一步，所述步骤4)的熔炼的具体过程为：非自耗真空电弧炉的炉体真空度不低于10-2pa，充氩气至0.04～0.06mpa，利用钨电极引弧进行电弧熔炼，电弧熔炼电流为400～600a，每次熔炼时间2～4分钟，熔炼次数1～2次，需冷却至室温出炉。最后。所述熔炼时间3分钟，第二次熔炼是在第一次熔炼结束后，冷却至室温出炉，翻转后重复熔炼一次。与现有技术相比，本发明的优点在于：采用钨、钛粉末原料的混粉、压制、烧结及电弧熔炼过程进行制备，有效解决了传统钨钛合金制备效率低、材料均匀性和杂质含量不易控制的技术问题，不但工艺简单易操作、能方便制备出钨质量百分数为10～65％的钨钛合金材料，同时制备效率高，而且能够保证钨钛合金的组织均匀性，适用于批量制备。附图说明图1、图2、图3分别为实施例1、实施例2、实施例3制备出钨钛合金的金相组织照片。具体实施方式以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1按w、ti重量比20：80分别称量两种粉末倒入混料罐中并按比例加入钨球，抽真空后充入氩气，混合4小时。粉末真空封装后采用冷等静压设备在200mpa下压制成坯料，再破碎为0.5～2cm的颗粒，放入真空烧结炉中进行致密化烧结，烧结温度1000℃，保温2小时，冷却后出炉。钨钛烧结料在电弧炉中充氩进行一次电弧熔炼，电流400～500a，熔炼时间3分钟，冷却至室温出炉，得到w20ti80成分的钨钛合金。实施例2按w、ti重量比40：60分别称量两种粉末倒入混料罐中并按比例加入钨球，抽真空后充入氩气，混合5小时。粉末真空封装后采用冷等静压设备在180mpa下压制成坯料，再破碎为0.5～2cm的颗粒，放入真空烧结炉中进行致密化烧结，烧结温度1100℃，保温2小时，冷却后出炉。钨钛烧结料在电弧炉中充氩进行一次电弧熔炼，电流450～550a，熔炼时间3分钟，冷却至室温出炉，得到w40ti60成分的钨钛合金。实施例3按w、ti重量比65：35分别称量两种粉末倒入混料罐中并按比例加入钨球，抽真空后充入氩气，混合6小时。粉末真空封装后采用机械压机在150mpa下压制成φ10mm×10mm的圆柱颗粒，放入真空烧结炉中进行致密化烧结，烧结温度1200℃，保温3小时，冷却后出炉。钨钛烧结料在电弧炉中充氩进行熔炼，电流500～600a，熔炼时间3分钟，冷却至室温出炉，翻转后重复熔炼一次，得到w55ti45成分的钨钛合金。下图1、图2、图3分别为实施例1、实施例2、实施例3制备出钨钛合金的金相组织照片，其中图1中晶粒还能清晰看到钛合金残余马氏体组织。由图可见，钨组分在合金中发生了溶解再结晶过程，形成了不同形态和取向的枝晶(呈亮白色条块状)，证明利用该工艺得到了组织均匀、充分合金化的钨钛合金样品。下表为3种成分样品的平均抗压强度及压缩塑性变形量。成分实施例1(w20ti80)实施例2(w40ti60)实施例3(w65ti35)抗压强度2221mpa1848mpa2132mpa塑性变形量1％17.6％7.4％技术特征：技术总结一种钨钛合金的制备方法，步骤：1)将钨粉及钛粉按配比进行称量，在惰性气氛保护下混合均匀，其中钨粉的质量百分比为10～65％；2)采用机械压机或冷等静压机压制成坯料；3)坯料放入真空烧结炉中进行致密化烧结；4)钨钛烧结料出炉冷却后在非自耗真空电弧炉中进行熔炼，得到所需的钨钛合金。优点在于：采用钨、钛粉末原料的混粉、压制、烧结及电弧熔炼过程进行制备，有效解决了传统钨钛合金制备效率低、材料均匀性和杂质含量不易控制的技术问题，不但工艺简单易操作、能方便制备出钨质量百分数为10～60％的钨钛合金材料，同时制备效率高，而且能够保证钨钛合金的充分合金化和成分均匀性，适用于批量制备。技术研发人员：刘桂涛;焦治华;刘凯;梁栋;葛文艳;王志威;陈敏;李德林受保护的技术使用者：中国兵器科学研究院宁波分院技术研发日：2019.07.09技术公布日：2019.10.01