專利名稱：一種高強高韌鉬合金及其制備方法
一種高強高韌鉬合金及其制備方法技術領域
本發(fā)明及粉末冶金領域，涉及一種鉬合金，特別是一種高強高韌鉬合金及其制備方法。
背景技術：
自1778年金屬鉬被發(fā)現(xiàn)以來，鉬作為具有重要戰(zhàn)略意義的稀有金屬，其具有熔點高、強度大、硬度高、耐磨性和導熱導電性好等優(yōu)點，此外，鉬合金膨脹系數(shù)小、耐蝕性能好， 因而廣泛應用于冶金、機械、石油、化工、國防、航空航天、電子、核工業(yè)等諸多領域。但由于鉬及鉬合金的低溫脆性和高溫抗氧化能力差，限制了鉬合金作為結構材料更加廣泛地使用。因此，研究開發(fā)性能優(yōu)異的新型鉬合金和改進鉬合金生產工藝、提高產品質量是鉬合金研究者和生產者努力的主要方向。
而在設計新型鉬合金和改善鉬合金性能的道路上，合金化法被廣泛采用。目前在高溫鉬合金領域主要以TZM合金、稀土氧化物摻雜鉬合金、摻雜鉬合金為主，他們各自在不同的應用領域表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在一些特殊應用領域如高溫噴管、 高溫鉬舟等，要求有高溫硬度、高溫耐磨性及高溫抗氧化性。且隨著越來越多的行業(yè)和技術領域對材料要求的不斷提高，目前鉬合金的單一性能已不能在滿足客戶的要求了，對高溫力學性能、高的韌性、高溫抗氧化性能及良好的高溫蠕變性能和高再結晶溫度的綜合性能優(yōu)異的鉬合金的開發(fā)和制備顯得十分必要和迫切。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種提高鉬基合金強度和韌性的綜合性能的高強高韌鉬合金材料及其制備方法。
為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采取如下的技術解決方案
一種高強高韌鉬合金，其特征在于，制得的該高強高韌鉬合金由以下質量百分比的化學元素組成=TiH2 :0. 2% 1. 0%，ZrH2 :0. 05% 0. 20%，碳粉0. 01% 0. 10%，Si 粉0. 2%~ 2. 0%，B 粉0. 2%~ 2. 0%，Lei203 粉或 La(NO)3 粉:0. 2 2. 0%，余量為 Mo 粉和不可避免的雜質，化學元素的質量百分比之和為100%。
上述選用的Mo粉費氏粒度小于5 μ m, TiH2, 、碳粉、La2O3粉或La (NO)粉3、Si 粉、B粉末的費氏粒度均小于38 μ m。
上述的高強高韌鉬合金的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟
(1)配料、混合先把TiH2、&H2、C、Si、B粉按照其各自在合金中所占的比例，與鉬粉混合，再向合金粉末中添加La2O3或La (NO) 3粉，用V型混料機或三維混料機進行混料，時間為1 10小時；
(2)球磨直接進行固-固混合球磨，或者以酒精作為混料介質，進行固液混合，用調漿法將粉末攪拌均勻，然后在150 200°C下烘干。采用行星球磨機或高能球磨機進行球磨，球磨2 20個小時，得到顆粒均勻的預合金粉末；
(3)壓制成形將球磨后的預合金粉末進行等靜壓或模壓壓制成形，壓強為 1. 50 5. Ot/cm2，保壓時間為0. 2 2分鐘，壓制成坯料；
(4)燒結將坯料在1600 M00°C下進行燒結，采用真空、氫氣或者惰性氣體作為保護氣氛，燒結10 20小時后隨爐冷卻，得到高強高韌燒結鉬合金材料。
上述制得的高強高韌燒結鉬合金材料可以進一步進行軋制和鍛造，開坯溫度為 1000°C 1600°C，加工量為50 95%時進行氣氛保護下的退火處理，得到高強高韌鉬合金板材和棒材。
采用本發(fā)明所制得的鉬合金的再結晶溫度可達1400°C以上，抗拉強度大于 950MPa，延伸率大于7%，具有優(yōu)良的高溫抗氧化性。本發(fā)明設計合理、工藝簡單、易于控制、 適合大規(guī)模工業(yè)化生產，因此具有廣泛的應用前景。


圖1是實施例1中所制備的高強高韌鉬合金應力-應變曲線圖2是實施例1中所制備的高強高韌鉬合金的掃描電鏡照片；
圖3是實施例2中所制備的高強高韌鉬合金軋制板材的應力-應變曲線圖4是實施例2中所制備的高強高韌鉬合金軋制板材厚向金相組織圖5是實施例2中所制備的高強高韌鉬合金軋制板材拉伸斷口的掃描電鏡照片。
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施方式
以下是發(fā)明人給出的實施例，需要說明的是，這些實施例是較優(yōu)的例子，本發(fā)明不限于這些實施例，本領域的技術人員凡是根據(jù)本發(fā)明技術方案給出的參數(shù)，均能夠得到抗拉強度大于950MPa，延伸率大于7%的高強高韌燒結鉬合金材料。
實施例1
(1)秤取 Lei2O3 10g, ZrH2 IlgjTiH2 5. 4g，碳粉 0. 6g，Si 粉 5g，B 粉 10g，鉬粉 Ikg ；
先把TiH2、&H2、C、Si、B粉在三維混料機中混料2小時，然后添加Lii2O3粉，用行星球磨機球磨6小時，球料比為1 10，轉速為220r/min ；
(2)將球磨后的合金粉末進行等靜壓，壓強為5. Ot/cm2，保壓時間為30s，壓制成坯料；
(3)將坯料在1900°C下進行燒結，氣氛為真空，采用分段式燒結，燒結時間為17小時，隨爐冷卻，得到高強高韌燒結鉬合金材料。
本實施例所制備的高強高韌鉬合金應力-應變曲線圖和掃描電鏡照片分別如圖 1、圖2所示，由圖可以看出，制備的高強高韌鉬合金的強度為960MPa，延伸率為7. 9%。
實施例2
(1)秤取 La2O3 8g，ZrH2 10g，TiH2 6g，C 粉 0. 8g，Si 粉 4g，B 粉 7g，鉬粉 Ikg ；
先把TiH2、ZrH2, C、Si、B粉與鉬粉在三維混料機中混料3小時，再加入Lei2O3粉和 IOOmL酒精，攪拌均勻后，在200°C下烘干8小時；
(2)用行星球磨機球磨8小時，球料比為1 10，轉速為220r/min ；
(3)將合金粉末用冷等靜壓壓制成型，壓強為4. Ot/cm2，保壓時間為lmin，壓制成坯料；
(4)將坯料在2100°C下進行燒結，氣氛為氫氣，采用分段式燒結，燒結20個小時， 隨爐冷卻，得到高強高韌燒結鉬合金材料。
將上述制得的高強高韌燒結鉬合金材料進一步進行軋制，開坯溫度為1200°C，加工量為90%，并進行氫氣氣氛保護下退火處理，得到高強高韌鉬合金板材。所制備的高強高韌鉬合金軋制板材的應力-應變曲線圖、厚向金相組織和拉伸斷口的掃描電鏡照片分別如圖3、圖4、圖5所示，由圖可以看出，制備的高強高韌鉬合金軋制板材的組織結構均勻，其強度為1038MPa，延伸率為10.4%。
實施例3
(1)秤取 La2O3 9g，ZrH2 12g，TiH2 5g，C 粉 0. 5g，Si 粉 6g，B 粉 8g，鉬粉 Ikg ；
先把TiH2、ZrH2、C、Si、B粉和鉬粉混合，在三維混料機中混料10小時，再混入Lei2O3 粉和IOOmL酒精，攪拌均勻，再在150°C下烘干8小時；
(2)用高能球磨機球磨2小時，球料比為1 10，轉速為500r/min ；
(3)將合金粉末用模壓成形，壓強為3. Ot/cm2，保壓時間為2min，壓制成坯料；
(4)將坯料在M00°C下進行燒結，氣氛為惰性氣體，采用分段式燒結，燒結10個小時，隨爐冷卻，得到高強高韌燒結鉬合金材料。
實施例4:
(1)秤取 La (NO3) 3 13g, ZrH2 8g，TiH2 7g，C 粉 0. 4g，Si 粉 3g，B 粉 6g，鉬粉 Ikg ；
先把TiH2、ZrH2, C、Si、B粉和鉬粉混合，在三維混料機中混料1小時，再混入 La(NO3)3粉和150mL酒精，攪拌均勻，再在180°C下烘干12小時；
(2)用行星球磨機球磨10小時，球料比為1 10，轉速為220r/min ；
(3)將合金粉末用鋼模壓制成型，壓強為4. Ot/cm2，保壓時間為lmin，壓制成坯料；
(4)將坯料在2200°C下進行燒結，氣氛為真空，采用分段式燒結，燒結18個小時， 隨爐冷卻，得到高強高韌燒結鉬合金材料。
本發(fā)明的機理是，摻雜Ti、Zr、C鉬合金具有強化、韌化作用，摻雜稀土 La可以提高鉬合金的再結晶溫度，阻礙位錯滑移、晶界長大，從而細化晶粒，也可以達到強化、韌化的作用，Si、B元素的加入則提高了鉬合金的高溫抗氧化性。因此，本發(fā)明制備的高強高韌鉬合金具有優(yōu)良的綜合性能。
權利要求
1.一種高強高韌鉬合金，其特征在于，制得的該高強高韌鉬合金由以下質量百分比的化學元素組成=TiH2 0. 2%~ 1. 0%,ZrH2 :0. 05% 0. 20%，碳粉0. 01 % 0. 10%，Si 粉: 0. 2%~ 2. 0%, B 粉0. 2%~ 2. 0%, Lei2O3 粉或 La(N0)3 粉0. 2 2. 0%，余量為 Mo 粉和不可避免的雜質，化學元素的質量百分比之和為100%。
2.如權利要求1所述的高強高韌鉬合金，其特征在于，所述的Mo粉的費氏粒度小于 5 μ m，TiH2, ZrH2、碳粉、La2O3粉或La(NO)粉3、Si粉、B粉末的費氏粒度均小于38 μ m。
3.權利要求1所述的高強高韌鉬合金的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟(1)配料、混合先把TiH2、ZrH2、C、Si、B粉按照其各自在合金中所占的比例，與鉬粉混合，再向合金粉末中添加La2O3或La (NO) 3粉，用V型混料機或三維混料機進行混料，時間為 1 10小時；(2)球磨直接進行固-固混合球磨，或者以酒精作為混料介質，進行固液混合，用調漿法將粉末攪拌均勻，然后在150°C 200°C下烘干，烘干后采用行星球磨機或高能球磨機進行球磨，球磨2 20個小時，得到顆粒均勻的預合金粉末；(3)壓制成形將球磨后的預合金粉末進行等靜壓或模壓壓制成形，壓強為1.50 5. Ot/cm2，保壓時間為0. 2 2分鐘，壓制成坯料；(4)燒結將坯料在1600°C M00°C下進行燒結，采用真空、氫氣或者惰性氣體作為保護氣氛，燒結10小時 20小時后隨爐冷卻，得到抗拉強度大于950MPa，延伸率大于7%的高強高韌燒結鉬合金材料。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，制得的高強高韌燒結鉬合金材料進一步進行軋制和鍛造，開坯溫度為1000°C 1600°C，加工量為50 95%時，進行氣氛保護下的退火處理，得到高強高韌鉬合金板材和棒材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強高韌鉬合金，通過摻雜合金元素Ti、Zr、Si、B以及稀土元素La，采用固-固或固-液混合的方法的進行混料，利用機械球磨或高能球磨制備出顆粒均勻的預合金粉末，將球磨后的合金粉末進行壓制成形后進行高溫燒結，得到高強高韌的鉬合金材料。本發(fā)明制備的鉬合金具有高的抗拉強度、延伸率、再結晶溫度，且具有優(yōu)良的高溫抗氧化性，因此具有十分廣闊的應用前景和推廣價值。
文檔編號C22C27/04GK102534334SQ20121003955
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權日2012年2月21日
發(fā)明者何歡承, 康軒齊, 張兵, 張鄭, 王快社, 王鵬洲, 胡平 申請人:西安建筑科技大學