[发明专利]一种制备高密度钨镍铁合金的烧结工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钨镍铁合金的烧结工艺，特别是涉及一种制备高密度钨镍铁合金的烧结工艺。

背景技术

钨镍铁合金是一种以钨为基体（钨含量为85%-98%）,加入少量Ni、Fe两种元素组成的合金，其密度高达16.5-19.0g/cm³,又被称为重合金或高密度合金。钨镍铁合金具有密度高、强度和硬度高、导电性和导热性好、热膨胀系数小、抗腐蚀和抗氧化性好、机械加工性和焊接性好等一系列优异的物理力学性能和使用性能，因此钨镍铁合金在国防工业和民用工业中都得到了广泛的应用，特别是W-Ni-Fe合金在国防工业上用作强毁伤战斗部材料，它被认为是取代贫铀弹最具有潜力的环保性军用新材料。

钨镍铁合金由高熔点的钨相和具有较低熔点的γ相（Ni-Fe）两相组成，两相熔点相差很大（钨相熔点为3410℃，γ相的熔点极低），因此钨镍铁合金是一种典型的液相烧结合金。在液相烧结中，固相在液相中的溶解度、固相与液相的界面能以及液相沿固-固晶界的渗透性在很大程度上影响烧结速度和显微组织的变化。烧结工艺参数如颗粒尺寸、烧结温度、烧结时间、烧结气氛和压坯密度对材料的性能也有较大影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高密度钨镍铁合金的烧结工艺，采用通氢气保护的中频感应炉间接加热烧结法代替传统的高温钼丝烧结炉加热烧结法，并提出“二步烧结法”烧结工艺以控制钨镍铁合金在液相烧结阶段的变形，从而保证钨镍铁合金棒材的密度、纯度、内部显微组织等各种性能要求。 

本发明采用如下技术方案：

一种制备高密度钨镍铁合金的烧结工艺，包括如下步骤：

1）备料：钨粉的W含量＞99.95 %；镍粉的Ni含量＞99.8%；铁粉的Fe含量＞99.5%；

2）选粉：使用200目的筛子，对原材料粉末进行筛选； 3）配粉；

4）装模：将上述混合后的合金粉，填充在橡胶模袋中；

5）冷等静压压制成型；

6）烧结：采用两步烧结法在通氢气保护的中频感应炉内烧结，分为预烧结、固相烧结、液相烧结三个阶段，具体工艺过程如下：

a) 预烧结：室温升温至700~900℃，用时3~4 h，保温1~2h；

b) 固相烧结：继续加热至1070℃~1420℃，用时4~6h，保温1~2h；

c) 液相烧结：继续加热至1470℃~1550℃，用时1~2h，保温1~2h；

d）停炉冷却后出炉。

作为优选，所述配粉步骤为：

a) 按重量比W：95 ，Ni：3.5，Fe：1.5称取相应重量筛选过的的钨粉、铁粉、镍粉；

 b）将钨粉、镍粉、铁粉在不锈钢盘里进行初步混合；

c）将初步混合后的合金粉装入混料机内混合，混合时间为24h～48h。

作为优选，所述的初步混合步骤为：在不锈钢的容器中先进行人工混合。

作为优选，所述的冷等静压压制成型步骤为：

 a）将夹紧的橡胶模袋，放入等静压机的高压工作容器内；

b）开动压力泵把液体介质压入高压工作容器直至充满并从放气孔中冒出为止；

c）随即开动增压泵使压力以5MPa/min的速度升至200Mpa，然后保压1-2分钟，最后卸压过程速度为8MPa/min；

d）压力去除后，将橡胶套从高压工作容器中取出，打开橡胶套，即可将压制成型的钨镍铁合金板坯取出，以便于中频设备的烧结。

作为优选，所述的二步烧结法的具体操作步骤为：

1）将等静压压制成型的钨镍铁合金坯调入中频炉内，并排列好，不能有互相挤压，各料之间间距10mm以上；

    2）盖好炉盖，并开启循环冷却水，通入氢气作为保护气氛，然后启动中频炉电源开始加热；

    3）按照设定的温度、升温速度及保温时间进行操作；

4）整个加热工艺完成后关闭加热电源，但继续通入氢气及循环冷却水直至室温。

作为优选，所述烧结步骤6中，具体工艺过程如下：

a) 预烧结：室温升温至700℃，用时3~4 h，保温1~2h；

b) 固相烧结：继续加热至1070℃，用时4~6h，保温1~2h；

c) 液相烧结：继续加热至1470℃，用时1~2h，保温1~2h；

d）停炉冷却后出炉。

作为优选，所述烧结步骤6中，具体工艺过程如下：

a) 预烧结：室温升温至900℃，用时3~4 h，保温1~2h；