一种低氧碳化物增强钨合金及其制备方法与流程

本发明涉及合金材料的制备
技术领域：
，特别涉及一种低氧碳化物增强钨合金及其制备方法。
背景技术：
：碳化钛、碳化锆、碳化铪等碳化物常用于强化钨合金，通过第二相颗粒弥散强化，提高合金材料的高温强度与稳定性。其中碳化铪(hfc)具有高的热力学稳定性，以及高温下在钨中较低的溶解和扩散程度，其强化效果较其他tac、nbc和zrc更好，是钨在提高温度下使用时有效的强化剂。hfc的强化机制与三个因素有关：①通过过饱和固溶体的方式制得纳米级细小hfc颗粒(50-100nm)的“位错钉扎”作用(即“沉淀硬化”)，有效抑制原子面和结晶的滑移。②烧结后hfc和w之间发生了互扩散并形成了(hf,w)c相，可能有利于提高晶界强度。③存在于w晶界间的hfc颗粒在高温下阻止w晶粒的迁移与长大，从而提高w-hfc合金的高温强度。然而在目前碳化物增强钨合金中，氧含量往往过高，使得最终钨合金中的第二相颗粒实际上是氧化物，而不是碳化物，降低了第二相颗粒强化的效果。技术实现要素：为解决上述
背景技术：
并中提到的碳化物增强钨合金中的氧含量过高、碳含量过低的问题，本发明提供一种低氧碳化物增强钨合金的制备方法，包括以下步骤：步骤a、将粉末a、粉末b和金属钨粉进行球磨混合，控制球料比为6：1～1：3；粉末a为铪、碳混合物或碳化铪粉末，粉末b为碳粉或碳纳米管；其中，包括0.1％～10％质量比的粉末a，0.1％～10％质量比的粉末b，余量为金属钨粉；混合粉末中，碳含量：铪含量质量比为1：1～1：30；球磨机转速为50～500r/min，球磨时间为6～48h；步骤b、将混合粉末装入模具中进行冷等静压压制成形，再置于氢气气氛的中频炉中烧结，烧结最高温度为2000～2600k；步骤c、对烧结后的样品进行压力加工和热处理，即得到低氧碳化物增强钨合金。在上述技术方案的技术上，进一步地，步骤a中，球料比为3：1～2：1。在上述技术方案的技术上，进一步地，步骤a中，混合粉末中，碳含量：铪含量质量比为1：11～1：16。在上述技术方案的技术上，进一步地，所述铪、碳混合物包括了hf、hfo2、hfc、hfh2中的至少一种和碳粉的混合。在上述技术方案的技术上，进一步地，所述钨粉的粒度不大于100um，氢化铪粉、碳化铪粉、氧化铪粉、铪粉的粒度不大于10um，碳粉和碳纳米管的粒度不大于3um。在上述技术方案的技术上，进一步地，步骤a中，球磨机转速为150～200r/min，球磨时间为12～24h。在上述技术方案的技术上，进一步地，步骤c中，冷等静压压力150～300mpa，保压时间为30～300s，保温时间3～15小时。本发明还提供一种如上任意所述低氧碳化物增强钨合金的制备方法所制备的低氧碳化物增强钨合金。本发明提供的低氧碳化物增强钨合金的制备方法，通过控制球料比以及球磨工艺和烧结温度等整体工艺，使制备得到的钨合金材料中的含氧量得到了显著的降低，保证了钨合金材料强度和伸长率，大大提高了增强钨合金的机械性能和强化效果，扩宽了钨合金材料的使用领域，具有重要的实际应用价值。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明提供的实施例1制备得到的低氧碳化物增强钨合金材料的tem图；图2为本发明提供的实施例1制备得到的低氧碳化物增强钨合金材料的能谱结果图；图3为本发明提供的实施例2制备得到的低氧碳化物增强钨合金材料的tem图；图4为本发明提供的实施例2制备得到的低氧碳化物增强钨合金材料的能谱结果图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明还提供如下所示低氧碳化物增强钨合金制备方法的实施例：实施例1步骤a、将3.6％质量比的碳化铪粉和0.3％质量比的碳粉，以及余量96.9％的金属钨粉球磨混合均匀，得到混合粉末，球磨机转速为150r/min，球料比为2：1，球磨时间20h，所述钨粉、碳化铪粉、碳粉，质量纯度均不小于99％；所述钨粉的粒度不大于100um，碳化铪粉的粒度不大于10um，碳粉的粒度不大于3um；步骤b、将混合粉末装入模具中进行冷等静压压制成形，冷等静压压力为190mpa，保压时间为90s，置于氢气气氛的中频炉中烧结，烧结最高温度为2350k，保温时间6小时；步骤c、对烧结后的样品进行压力加工，变形量为50％，之后热处理，得到低氧碳化物增强钨合金材料。将上述制备得到的低氧碳化物增强钨合金材料进行tem分析，分析结果如图1和图2所示，其中，图1为tem观察到的hfc颗粒，由图1可以观察到晶界上有hfc颗粒；图2为hfc颗粒的能谱结果，由图2显示合金中的主要组成元素为hf及c；图1和图2说明了发明提供的制备方法能够将hfc颗粒较好地复合纸合金材料中。实施例2步骤a、将4.5％质量比的碳化铪粉和0.3％质量比的碳纳米管，以及余量95.2％的金属钨粉球磨混合均匀，得到混合粉末，球磨机转速为180r/min，球料比为1.5：1，球磨时间20h，所述钨粉、碳化铪粉、碳粉，质量纯度均不小于99％；所述钨粉的粒度不大于100um，碳化铪粉的粒度不大于10um，碳粉的粒度不大于3um；步骤b、将混合粉末装入模具中进行冷等静压压制成形，冷等静压压力为200mpa，保压时间为100s，置于氢气气氛的中频炉中烧结，烧结最高温度为2300k，保温时间9小时；步骤c、对烧结后的样品进行压力加工，变形量为45％，之后热处理，得到低氧碳化物增强钨合金材料。将上述制备得到的低氧碳化物增强钨合金材料进行tem分析，分析结果如图3和图4所示，其中，图3为tem观察到的hfc颗粒tem图，图4为hfc颗粒的能谱结果，由图2显示合金中的主要组成元素为hf及c；由图3可以观察到晶界上有hfc颗粒；图1和图2说明了发明提供的制备方法能够将hfc颗粒较好地复合至合金材料中。实施例3步骤a、将6％质量比的碳化铪粉和0.2％质量比的碳粉，以及余量93.8％的金属钨粉球磨混合均匀，得到混合粉末，球磨机转速为300r/min，球料比为3：1，球磨时间24h，所述钨粉、碳化铪粉、碳粉，质量纯度均不小于99％；所述钨粉的粒度不大于100um，碳化铪粉的粒度不大于10um，碳粉的粒度不大于3um；步骤b、将混合粉末装入模具中进行冷等静压压制成形，冷等静压压力为190mpa，保压时间为180s，置于氢气气氛的中频炉中烧结，烧结最高温度为2250k，保温时间6小时；步骤c、对烧结后的样品进行压力加工，变形量为35％，之后热处理，得到低氧碳化物增强钨合金材料。对比例1步骤a、将3.6％质量比的碳化铪粉和0.3％质量比的碳粉，以及余量96.9％的金属钨粉球磨混合均匀，得到混合粉末，球磨机转速为300r/min，球料比为2：1，球磨时间100h，所述钨粉、碳化铪粉、碳粉，质量纯度均不小于99％；所述钨粉的粒度不大于100um，碳化铪粉的粒度不大于10um，碳粉的粒度不大于3um；步骤b、将混合粉末装入模具中进行冷等静压压制成形，冷等静压压力为190mpa，保压时间为90s，置于氢气气氛的中频炉中烧结，烧结最高温度为2350k，保温时间6小时；步骤c、对烧结后的样品进行压力加工，变形量为50％，之后热处理，得到低氧碳化物增强钨合金材料。对比例2步骤a、将4.5％质量比的碳化铪粉和4.6％质量比的碳纳米管，以及余量95.2％的金属钨粉球磨混合均匀，得到混合粉末，球磨机转速为180r/min，球料比为1.5：1，球磨时间20h，所述钨粉、碳化铪粉、碳粉，质量纯度均不小于99％；所述钨粉的粒度不大于100um，碳化铪粉的粒度不大于10um，碳粉的粒度不大于3um；步骤b、将混合粉末装入模具中进行冷等静压压制成形，冷等静压压力为200mpa，保压时间为100s，置于氢气气氛的中频炉中烧结，烧结最高温度为2300k，保温时间9小时；步骤c、对烧结后的样品进行压力加工，变形量为45％，之后热处理，得到低氧碳化物增强钨合金材料。将上述实施例和对比例进行相应项目的测试，测试方法为：室温抗拉强度和断裂延伸率参照《gbt228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》；氧含量：通过emga-620w设备脉冲红外吸收法测得；碳含量：通过lecoc230设备高频红外吸收法测得。测试结果如下表所示：表1测试项目实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2室温抗拉强度(mpa)10219711089625377断裂延伸率(％)5.24.76.01.20.2氧含量(ppm)120802801360250碳含量(ppm)5306803705027840通过上述对比可知，对比例1在球磨时间延长到100h后，制得成品的氧含量大幅度提高，使制得合金的抗拉强度与延伸率与本发明提供的实施例相比具有显著的降低；对比例2在碳含量添加过量，碳含量：铪含量质量比达到1.02：1后，可以看到，最终成品的碳含量残留过多，故合金的抗拉强度与延伸率也显著降低。故说明合适的碳含量：铪含量质量比在本发明技术方案中，对合金金属的性能起到重要的作用。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页12