一种大尺寸高性能钨合金产品的制备方法与流程

本发明涉及一种大尺寸高性能钨合金材料产品的制备方法，尤其涉及一种单重超过500公斤的大型钨合金粉末冶金件且要求较高力学性能的产品的制造。
背景技术：
：钨合金因具有高熔点、高硬度、高耐磨性、优良的高温强度和导热导电性能及良好的耐腐蚀性等许多突出的物理、化学性能，被广泛地应用于机械、电子、化工、原子能、军事、航空、航天等众多领域。随着国家军工行业、船舶行业的迅猛发展，对大型粉末冶金钨合金产品提出了更高的要求，在保证高的力学性能同时，产品的单重和尺寸不断增大。大尺寸钨合金件主要用于大型战斗部材料及船舶、航空配重体等。目前国内掌握该类产品生产的企业寥寥无几，就其原因主要为两个方面：其一，对于粉末冶金件而言，产品尺寸和单件重量的增加，对设备要求高，需要大型冷等静压设备和大型烧结设备。其二、因产品尺寸大，对制造工艺难度带来几何倍数的增长，特别是同时要求较高的力学性能和较大的尺寸情况下，烧结过程参数控制困难，烧结后的产品不同的部位性能差异巨大，往往造成装料密度不一致、压坯强度差异大、烧结密度波动大，从而导致每个产品最终性能差异大、单件产品芯部和边部一致性差，使得产品废品率高和材料利用率低，导致产品制造成本高，而无法满足使用需求。经查，目前只有关于大尺寸钨棒材的制备方法的专利文献，有关单重超过500公斤的大型钨合金粉末冶金件的制备方法未见报道。因此迫切的需要研发出一种大尺寸高性能钨合金材料产品的制备方法，在确保产品满足使用要求的前提下，尽量降低制造难度，而且不用对现有设备和工艺有颠覆性的变化，在原有成熟的设备和工艺条件下，进行有效的创新，以达到预期效果。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、制造成本低且成品率高的大尺寸高性能钨合金材料产品的制备方法，制备的大尺寸钨合金产品力学性能稳定，并且生产效率高、可适合批量生产。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种大尺寸高性能钨合金材料产品的制备方法，其特征在于：将大尺寸钨合金材料产品从高度方向分割成若干小尺寸的粉末冶金件，然后通过感应炉氢气氛拼接工艺实现整体化，具体制备步骤如下：1)钨合金成分设计和优化：W：余量；Ni：3.15～5.2％；Fe：1.4～1.5％，Co：0.35～0.4％，另加Mn：0.04～0.06％，以上为质量百分数；2)混合压制：将上述合金粉末混合均匀，过筛后装入定制橡胶胶套中，采用冷等静压机压制成若干件小尺寸毛坯件；3)烧结：将压制后的小尺寸毛坯件，装入定点气氛烧结炉中进行烧结致密化；4)粗加工及表面处理：将上述烧结后的工件，进行粗加工，并将需要拼接的表面进行磨光处理，用酒精清洗磨光面，去除机加油污和附着物；5)拼接：将需要拼接的工件在感应烧结炉炉腔中按顺序放置到位，通入还原气氛，感应炉升至需要拼接的温度，进行拼接烧结，拼接后的产品随炉降温，待冷却至室温后，出炉；6)热处理：拼接后的产品在真空热处理炉中进行热处理；7)精加工，获得成品。作为优选，所述步骤1)中另加的Mn含量为0.05％，钨粉的粒度3-5um。作为改进，所述步骤2)的合金粉末是在双锥混料机上混合均匀，混料球采用的WC球，球料重量比0.4～0.5，混合时间9～11h，混合好的粉体过30目筛，去除混料球，然后过100目筛后按计算重量装入定制橡胶胶套，橡胶胶套采用黑色耐油橡胶，橡胶胶套尺寸可根据产品情况设计，装粉过程应均匀，边装粉边敲击。作为改进，所述步骤2)的冷等静压机压制的具体过程为：压制压力180～220Mpa，保压3～5min，缓慢泄压，泄压速度控制在18～22Mpa/min，压制过程应确保胶套捆绑结实，避免胶套进水或油。作为改进，所述步骤3)的烧结的加热过程是采用长时固相烧结与短时液相烧结相结合方式，升温、保温、冷却过程均在还原气氛下进行，具体过程为：从室温升到800℃，升温时间1.5～2.5小时；保温1～2小时；从800℃到1300℃，升温时间1～2小时；保温3.5～4.5小时；从1300℃到1490～1530℃,升温时间0.5～1.5小时，保温40～50min。优选的，所述从室温升到800℃，升温时间2小时；保温1.5小时；从800℃到1300℃，升温时间1.5小时；保温4小时；从1300℃到1490～1530℃,升温时间1小时，保温45min。再改进，所述步骤5)的拼接烧结的温度1350～1500℃，保温时间4～5小时。优选的，所述步骤5)的所需拼接的工件的拼接处可采用低钨含量合金粉末、涂刷白胶及磨光后工件新鲜表面冶金结合三种方法之一进行。低钨含量合金粉末中钨含量在80％～70％。进一步，所述步骤6)的热处理温度1150～1250℃，真空度不大于8×10-3Pa，保温时间3.5～4.5小时进一步优选，所述热处理温度1200℃，保温时间4小时。与现有技术相比，本发明的优点在于：突破传统钨合金粉末冶金行业在制备大尺寸时所用设备尺寸的限制，解决了现有技术和工艺在制备大尺寸钨合金过程中材料利用率低，制备成本较高、性能不够稳定等问题，优点体现在：一、大尺寸钨合金件从重量上而言单件毛坯突破500公斤，降低对设备的要求，减少烧结难度，从而能降低产品的价格；二、尺寸钨合金材料从制备途径上还是采用传统的粉末冶金方法，不会对现有的设备和工艺途径产生重大的影响，而是在现有的基础上进行改进，这样不会造成重复投资；三、采用各段拼接工艺后，类似于将一件大尺寸的产品分成若干小尺寸的产品，可大幅度降低整体工艺难度，能确保单个小尺寸钨合金烧结件性能稳定一致，从而确保拼接后整体性能的稳定，并且拼接处力学性能达到本体力学性能，且精加工后无拼接痕迹，达到冶金结合效果，超声探伤后无缺陷，到达使用需求；四、该制备方法工艺相对简单，可实现工业化大批量生产，不仅可以保证产品各部分力学性能稳定、材料成分均匀，还可有效提高生产效率，提高产品材料利用率，从而可降低产品制造成本；本发明的制备方法同样可适用于不同密度和成分的钨合金件的拼接，可以在一件产品上实现变密度、变性能，可满足特定产品不同部位不同的力学性能要求的需要，同时可降低对设备保障能力的要求，有效提高大尺寸钨合金粉末冶金烧结件成品率和生产效率，填补了国内在该领域上的空白，市场应用前景广阔。附图说明图1是本发明提供的实施例1拼接后的产品图；图2是本发明提供的实施例2拼接后的产品图；图3是本发明提供的实施例2拼接后的产品图。具体实施方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1一种大尺寸高性能钨合金产品的制备方法,制备方法为：a、钨合金产品各成分的质量百分数为：W：94.95％；Ni：3.15％；Fe：1.5％，Co：0.35％，Mn；0.05％(另加)。其中钨粉粒度3-5um。b、将称量好的粉体放入双锥混料机中，并根据粉体总重量称量好混料球，混料球采用的WC球，球料重量比0.45。混合时间10h。混合好的粉体过30目筛，去除混料球，然后过100目筛即可。c、将混合后的合金粉，装入定制橡胶胶套中，胶套采用黑色耐油橡胶，胶套尺寸可根据产品情况设计，装粉过程应均匀，边装粉边敲击，避免因装粉不均匀引起压制后坯料的尺寸不规则。d、将装好粉的胶套装入冷等静压机中，压制压力180～220Mpa，保压3～5min，缓慢泄压，泄压速度控制在20Mpa/min。压制过程应确保胶套捆绑结实，避免胶套进水或油。E、将压制后的坯料装入气氛烧结炉进行坯料烧结致密化，升温、保温、冷却过程均在还原气氛下进行，随炉冷至100℃以下才可开炉，防止工件氧化。1)从室温到800℃，升温2小时；保温,1.5小时；2)从800℃到1300℃，升温1.5小时；保温4个小时3)从1300℃到1530℃，升温1小时，保温45min；F、将烧结后的工件进行粗加工、并对需要拼接的表面进行磨光处理，用酒精清洗磨光表面，去除油污。G、按需要拼接的顺序将工件放入感应烧结炉，拼接的表面均匀刷上白胶。拼接温度1450℃，保温时间4小时，随炉降温。H、将拼接后的产品进行真空热处理，热处理温度1200℃，真空度不大于8×10-3Pa，保温时间4小时，随炉降温。进行精加工，得到成品。实施例2a、钨合金产品各成分的质量百分数为：W：92.95％；Ni：5.2％；Fe：1.4％，Co：0.4％，Mn；0.05％(另加)。其中钨粉粒度3-5um。b、将称量好的粉体放入双锥混料机中，并根据粉体总重量称量好混料球，混料球采用的WC球，球料重量比0.45。混合时间10h。混合好的粉体过30目筛，去除混料球，然后过100目筛即可。c、将混合后的合金粉，装入定制橡胶胶套中，胶套采用黑色耐油橡胶，胶套尺寸可根据产品情况设计，装粉过程应均匀，边装粉边敲击，避免因装粉不均匀引起压制后坯料的尺寸不规则。d、将装好粉的胶套装入冷等静压机中，压制压力180～220Mpa，保压3～5min，缓慢泄压，泄压速度控制在20Mpa/min。压制过程应确保胶套捆绑结实，避免胶套进水或油。E、将压制后的坯料装入气氛烧结炉进行坯料烧结致密化，升温、保温、冷却过程均在还原气氛下进行，随炉冷至100℃以下才可开炉，防止工件氧化。1)从室温到800℃，升温2小时；保温1.5小时；2)从800℃到1300℃，升温1.5小时；保温4个小时3)从1300℃到1490℃，升温1小时，保温45min；F、将烧结后的工件进行粗加工、并对需要拼接的表面进行磨光处理，用酒精清洗磨光表面，去除油污。G、按需要拼接的顺序将工件放入感应烧结炉，拼接的表面均匀铺上一层低熔点的80钨合金粉(W80％、Ni15％、Fe4％、Co1％)。拼接温度1380℃，保温时间4小时，随炉降温。H、将拼接后的产品进行真空热处理，热处理温度1200℃，真空度不大于8×10-3Pa，保温时间4小时，随炉降温。进行精加工，得到成品。实施例3一种大尺寸高性能钨合金产品的制备方法,制备方法为：a、钨合金产品各成分的质量百分数为：W：94.95％；Ni：3.15％；Fe：1.5％，Co：0.35％，Mn；0.05％(另加)。其中钨粉粒度3-5um。b、将称量好的粉体放入双锥混料机中，并根据粉体总重量称量好混料球，混料球采用的WC球，球料重量比0.45。混合时间10h。混合好的粉体过30目筛，去除混料球，然后过100目筛即可。c、将混合后的合金粉，装入定制橡胶胶套中，胶套采用黑色耐油橡胶，胶套尺寸可根据产品情况设计，装粉过程应均匀，边装粉边敲击，避免因装粉不均匀引起压制后坯料的尺寸不规则。d、将装好粉的胶套装入冷等静压机中，压制压力180～220Mpa，保压3～5min，缓慢泄压，泄压速度控制在20Mpa/min。压制过程应确保胶套捆绑结实，避免胶套进水或油。E、将压制后的坯料装入气氛烧结炉进行坯料烧结致密化，升温、保温、冷却过程均在还原气氛下进行，随炉冷至100℃以下才可开炉，防止工件氧化。1)从室温到800℃，升温2小时；保温,1.5小时；2)从800℃到1300℃，升温1.5小时；保温4个小时3)从1300℃到1530℃，升温1小时，保温45min；F、将烧结后的工件进行粗加工、并对需要拼接的表面进行磨光处理，用酒精清洗磨光表面，去除油污。G、按需要拼接的顺序将工件放入感应烧结炉，拼接处不放任何物质。拼接温度1460℃，保温时间5小时，随炉降温。H、将拼接后的产品进行真空热处理，热处理温度1200℃，真空度不大于8×10-3Pa，保温时间4小时，随炉降温。进行精加工，得到成品。将上述实施例制备的产品进行性能综合测试，结果如表1：表1钨合金材料性能序号密度g/cm3抗拉强度屈服强度延伸率超声探伤结果实例118.05850MPa540MPa15.2％合格实例217.6862MPa554MPa18％合格实例318.0915MPa590MPa13％合格从表1可以看到制备的产品致密度高，力学性能优良。本发明的制备方法工艺相对简单，可实现工业化大批量生产，不仅可以保证产品各部分力学性能稳定、材料成分均匀，还可有效提高生产效率，提高产品材料利用率，从而可降低产品制造成本；以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3