一种钨合金珠的制备方法与流程

1.本发明属于钨合金材料制造技术领域，具体涉及一种钨合金珠的制备方法。


背景技术：

2.钨合金珠是用于配重或者杀伤性部件的钨合金制品，在钨合金领域中被称为最小的高密度球，广泛地应用在众多领域，如高尔夫俱乐球，钓鱼配重件，军事防御的平衡力等。尤其是钨合金珠具有密度高、存速性能好、穿甲能力强等优势，近年来在杀伤战斗部中受到普遍应用。
3.钨合金珠常采用粉末冶金方式生产，但是，钨合金珠由于体积小，钨合金粉末密度大，因此压制时易受粉末流动性的影响而出现压坯单重和尺寸波动的现象，烧结时受制于装舟方式，烧结产能限制着钨合金珠的整体生产效率，而且烧结后磨削加工过程中的加工硬化导致钨合金珠的压溃性能变差，这与钨合金珠需求量大、性能要求高的矛盾日益突出。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种钨合金珠的制备方法。该方法通过在钨合金粉末中添加钴元素，改善了钨颗粒的浸润性能并增加烧结活性，并将钨合金珠原料混合粉掺胶制粒并筛分分级，改善了制粒料的流动性，减少了钨合金珠压坯的单重和尺寸波动，结合热脱脂和去应力退火，避免了烧结装舟摆料时的压坯损伤，减少了加工应力导致的性能恶化，提高了钨合金珠的成型质量和生产效率。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种钨合金珠的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
6.步骤一、向钨合金粉末中添加钴元素，得到钨合金珠原料混合粉；所述钨合金粉末由以下质量含量的成分组成：钨元素93％或95％，余量为镍铁元素，且镍铁比为7:3；
7.步骤二、将步骤一中得到的钨合金珠原料混合粉掺胶制粒，然后筛分分级，得到不同粒度等级的制粒料；
8.步骤三、将步骤三中得到的不同粒度等级的制粒料分别按照同种粒度等级成型，得到钨合金珠压坯；
9.步骤四、将步骤三中得到的钨合金珠压坯推入连续脱脂炉中进行热脱脂；
10.步骤五、将步骤四中经热脱脂后的钨合金珠压坯放置于马弗炉中进行烧结，得到钨合金珠烧结坯；
11.步骤六、将步骤五中得到的钨合金珠烧结坯进行磨削加工，然后经去应力退火处理，得到钨合金珠。
12.本发明采用粉末冶金方法制备钨合金珠，首先，通过在钨合金粉末中添加钴元素，改善了后续烧结工艺中形成的粘结相对钨颗粒的浸润性，使得钨颗粒完全镶嵌在粘结相基体中，同时增加了烧结活性，提高了钨合金珠的成型质量，并提高钨合金珠的生产效率；其次，通过将钨合金珠原料混合粉掺胶制粒并筛分分级后按照同种粒度等级成型，通常采用
钢模压制成型或注射成型，改善了制粒料的流动性，保证了制粒料压制的重量稳定一致，减少了钨合金珠压坯的单重和尺寸波动；再次，通过将钨合金珠压坯热脱脂以脱除掺胶制粒时加入的胶，在保证脱胶效果的同时提高了热脱脂后的钨合金珠压坯的强度，确保了烧结的装舟摆料过程中不损伤压坯，进一步减少了钨合金珠的单重和尺寸差异，提高了钨合金珠的质量性能；最后，对磨削加工后的钨合金珠烧结坯进行去应力退火，改善了因加工应力导致的钨合金珠性能恶化，保证了钨合金珠的压溃性能，更一步提高了钨合金珠的质量性能。
13.上述的一种钨合金珠的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钨合金珠原料混合粉中钴元素的质量含量为0.25％～0.35％。该优选的钴元素添加量保证了粘结相对钨颗粒的完全浸润性，并起到活化烧结的作用，进而改善了钨合金珠的质量和性能。
14.上述的一种钨合金珠的制备方法，其特征在于，步骤二中所述筛分分级采用的筛网包括80目、100目和120目标准目数筛网，对应得到的制粒料包括 80目、-80目～ 100目、-100目～ 120目和-120目四个粒度等级。本发明将钨合金珠原料混合粉分为上述四个粒度等级，提高了制粒料的流动性，从而在后续采用容量装填法钢模成型时，由于制粒料的流动性及一致性较好，当容量装填法的装粉体积相同时，装粉量就相同，提高了钨合金珠压坯的重量和尺寸稳定性。
15.上述的一种钨合金珠的制备方法，其特征在于，步骤二中所述不同粒度等级的制粒料按照同种粒度等级采用塑料袋分装，并充氮气保护，且每袋制粒料的重量不超过20kg。本发明将不同粒度等级的制粒料采用塑料袋粉状并控制重量，以避免制粒料由于自重过大导致制粒料被压变形流动性降低，结合充氮气保护以排出塑料袋内空气，防止制粒料吸水而黏性增强，破坏自身流动性并粘接模具。
16.上述的一种钨合金珠的制备方法，其特征在于，将步骤三中得到的钨合金珠压坯放置在筛网上用软毛刷清理去除表面浮粉后再转入下道热脱脂工序。通过预先去除钨合金珠压坯的表面浮粉，避免表面浮粉经后续烧结后粘附在钨合金珠烧结坯的表面，在后续磨削加工时破坏磨削设备。
17.上述的一种钨合金珠的制备方法，其特征在于，步骤四中所述热脱脂采用四带连续脱胶炉进行，且一区温度为340℃～360℃，二区温度为490℃～510℃，三区温度为640℃～660℃，四区温度为740℃～760℃，推舟速度为3.5mm/min～10.5mm/min。本发明通过在热脱脂过程中合理设计各区的脱胶温度及推舟速度，在确保钨合金珠压坯脱胶效果的同时提高了热脱脂后的钨合金珠压坯的强度，避免了烧结装料时损伤压坯。
18.上述的一种钨合金珠的制备方法，其特征在于，步骤四中所述热脱脂过程中在钨合金珠压坯底部铺设氧化铝砂，且气流量为4m3/h～6m3/h，进气方式为逆氢即与推料方向相反。本发明通过在钨合金珠压坯底部铺设氧化铝砂，避免热脱脂过程中钨合金珠压坯产生粘连，同时采用逆氢的进气方式并控制气流量，使得气体充满炉膛，保证了所有的钨合金珠压坯均与气体充分接触，且利用逆氢保证了热脱脂的出料端中碳势低，有利于脱胶完全。
19.上述的一种钨合金珠的制备方法，其特征在于，步骤五中所述烧结的温度为1470℃～1510℃，推舟速度为5mm/min～6mm/min，采用氢气气氛，且进气方式为逆氢即与推料方向相反，氢气气氛流量为2.0m3/h～3.0m3/h。本发明通过采用逆氢的进气方式并控制气流量，结合烧结的温度和推舟速度，有效排除烧结初期的排气除杂产生的杂质气氛，避免杂质
气氛污染烧结出料端的产品，保证了钨合金珠的性能。
20.上述的一种钨合金珠的制备方法，其特征在于，步骤五中所述经热脱脂后的钨合金珠压坯的装料方式为氧化铝砂或电熔氧化铝粉多层埋烧，采用氧化铝砂或电熔氧化铝粉形成的间隔层将相邻的经热脱脂后的钨合金珠压坯完全隔开，且间隔层的厚度为经热脱脂后的钨合金珠压坯直径的0.25倍以上。本发明采用氧化铝砂或电熔氧化铝粉多层埋烧的方式，使得氧化铝砂或电熔氧化铝粉形成的间隔层将相邻的经热脱脂后的钨合金珠压坯完全隔开，避免了经热脱脂后的钨合金珠压坯的直接接触，同时控制间隔层的厚度，保证了烧结过程中氧化铝砂或电熔氧化铝粉因钨合金珠压坯烧结收缩向四周流散时不会发生直接接触，且流散的氧化铝砂或电熔氧化铝粉充填钨合金珠压坯烧结收缩产生的孔隙，进一步保证了钨合金珠压坯的隔离效果，有效防止了钨合金珠压坯直接接触产生烧结粘连现象，在提高钨合金珠质量的同时提高了钨合金珠的制备效率。
21.上述的一种钨合金珠的制备方法，其特征在于，步骤六中所述去应力退火处理的温度为1350℃～1400℃，推舟速度为10mm/min～30mm/min，装料方式为氧化铝砂或电熔氧化铝粉埋烧。通过上述限定，在有效去除应力的同时还实现固溶强化，进一步提高了钨合金珠的性能。
22.本发明在热脱脂、烧结和去应力退火时优选采用氧化铝砂或电熔氧化铝粉进行铺设和埋烧，更优选采用电熔氧化铝粉，以避免钨合金珠表面粘砂或划伤，进一步改善了钨合金珠的表面质量。
23.本发明与现有技术相比具有以下优点：
24.1、本发明通过在钨合金粉末中添加钴元素，改善了钨颗粒的浸润性能并增加烧结活性，并将钨合金珠原料混合粉掺胶制粒并筛分分级，改善了制粒料的流动性，保证了制粒料压制的重量稳定一致，减少了钨合金珠压坯的单重和尺寸波动，结合热脱脂和去应力退火，避免了烧结装舟摆料时的压坯损伤，减少了加工应力导致的性能恶化，提高了钨合金珠的成型质量和生产效率。
25.2、本发明通过限定制粒料的分装保存条件，防止其受压变形和吸水变黏影响流动性，保证了压坯时制粒料装填重量稳定，进一步减少了钨合金珠压坯的单重和尺寸波动。
26.3、本发明在热脱脂和烧结过程总采用逆氢方式，保证了高温区和出料端的气氛洁净，进而保证脱胶效果并使得除杂完全，改善了钨合金珠压坯的性能。
27.4、本发明在烧结过程中采用氧化铝砂或电熔氧化铝粉多层埋烧，在保证烧结效果的前提下大大提高了烧结装料量，提高了生产效率，解决了钨合金珠产品的烧结产能瓶颈。
28.5、本发明通过在磨削加工后进行去应力退火，在保证钨合金珠产品外貌的同时，去除了加工应力，提升了钨合金珠产品的综合性能。
29.6、本发明的制备方法简单，使用与不同规格的钨合金珠，实用性强，且在常规的连续钼丝烧结炉中即可进行烧结工艺，对烧结设备的要求较低，易于推广应用。
30.下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
31.图1为本发明实施例2的经去应力退火处理工艺的装料图。
32.图2为本发明实施例2制备的钨合金珠的实物图。
33.图3为本发明实施例3的烧结工艺的装料图。
34.图4a为本发明实施例3中采用氧化铝砂多层埋烧制备的钨合金珠烧结坯的实物图。
35.图4b为本发明实施例3中采用电熔氧化铝粉多层埋烧制备的钨合金珠烧结坯的实物图。
具体实施方式
36.实施例1
37.本实施例包括以下步骤：
38.步骤一、向钨合金粉末中添加钴元素，得到钨合金珠原料混合粉；所述钨合金粉末由以下质量含量的元素成分组成：w 93％，ni 4.9％，fe 2.1％，钨合金珠原料混合粉中钴元素的质量含量为0.35％；
39.步骤二、将步骤一中得到的钨合金珠原料混合粉掺胶制粒，然后采用包括80目、100目和120目标准目数筛网进行筛分分级，得到 80目、-80目～ 100目、-100目～ 120目和-120目四个粒度等级的制粒料；所述不同粒度等级的制粒料按照粒度等级采用塑料袋分装，并充氮气保护，且每袋制粒料的重量不超过20kg；
40.步骤三、将步骤三中得到的制粒料分别按照同种粒度采用钢模压制成型，均得到球直径sφ11.5mm的钨合金珠压坯，将钨合金珠压坯放置在筛网上用软毛刷清理去除表面浮粉后再转入下道热脱脂工序；
41.步骤四、将步骤三中得到的钨合金珠压坯装入底部铺设厚度5mm以上的氧化铝砂的不锈钢盒内，然后推入四带连续脱胶炉进行，且一区温度为340℃～360℃，二区温度为490℃～510℃，三区温度为640℃～660℃，四区温度为740℃～760℃，推舟速度为3.5mm/min，气流量为4m3/h～6m3/h，进气方式为逆氢即与推料方向相反；
42.步骤五、将步骤四中经热脱脂后的钨合金珠压坯装入钼盒中后推入二带马弗炉中进行烧结，装料方式为氧化铝砂多层埋烧，采用氧化铝砂形成的间隔层将相邻的经热脱脂后的钨合金珠压坯完全隔开，且间隔层的厚度为经热脱脂后的钨合金珠压坯直径的0.25倍以上，烧结的温度为1485℃，推舟速度为6mm/min，采用氢气气氛，且进气方式为逆氢即与推料方向相反，氢气气氛流量为2.0m3/h～3.0m3/h，得到钨合金珠烧结坯；
43.步骤六、将步骤五中得到的钨合金珠烧结坯进行磨削加工，然后与氧化铝砂搅拌均匀并装入钼盒中，推入二带马弗炉内进行去应力退火处理，去应力退火处理的温度为1360℃，推舟速度为20mm/min，得到钨合金珠。
44.本实施例步骤五中烧结和步骤六中的去应力退火时还可采用电熔氧化铝粉替换氧化铝砂。
45.实施例2
46.本实施例包括以下步骤：
47.步骤一、向钨合金粉末中添加钴元素，得到钨合金珠原料混合粉；所述钨合金粉末由以下质量含量的元素成分组成：w 93％，ni 4.9％，fe 2.1％，钨合金珠原料混合粉中钴元素的质量含量为0.3％；
48.步骤二、将步骤一中得到的钨合金珠原料混合粉掺胶制粒，然后采用包括80目、
100目和120目标准目数筛网进行筛分分级，得到 80目、-80目～ 100目、-100目～ 120目和-120目四个粒度等级的制粒料；所述不同粒度等级的制粒料按照粒度等级采用塑料袋分装，并充氮气保护，且每袋制粒料的重量不超过20kg；
49.步骤三、将步骤三中得到的制粒料分别按照同种粒度采用钢模压制成型，均得到球直径sφ5mm的钨合金珠压坯，将钨合金珠压坯放置在筛网上用软毛刷清理去除表面浮粉后再转入下道热脱脂工序；
50.步骤四、将步骤三中得到的钨合金珠压坯装入底部铺设厚度5mm以上的氧化铝砂的不锈钢盒内，然后推入四带连续脱胶炉进行，且一区温度为340℃～360℃，二区温度为490℃～510℃，三区温度为640℃～660℃，四区温度为740℃～760℃，推舟速度为10.5mm/min，气流量为4m3/h～6m3/h，进气方式为逆氢即与推料方向相反；
51.步骤五、将步骤四中经热脱脂后的钨合金珠压坯装入钼盒中后推入二带马弗炉中进行烧结，装料方式为氧化铝砂多层埋烧，采用氧化铝砂形成的间隔层将相邻的经热脱脂后的钨合金珠压坯完全隔开，且间隔层的厚度为经热脱脂后的钨合金珠压坯直径的0.25倍以上，烧结的温度为1470℃，推舟速度为5.5mm/min，采用氢气气氛，且进气方式为逆氢即与推料方向相反，氢气气氛流量为2.0m3/h～3.0m3/h，得到钨合金珠烧结坯；
52.步骤六、将步骤五中得到的钨合金珠烧结坯进行磨削加工，然后与氧化铝砂搅拌均匀并装入钼盒中，如图1所示，推入二带马弗炉内进行去应力退火处理，去应力退火处理的温度为1350℃，推舟速度为30mm/min，得到钨合金珠，如图2所示。
53.本实施例步骤五中烧结和步骤六中的去应力退火时还可采用电熔氧化铝粉替换氧化铝砂。
54.实施例3
55.本实施例包括以下步骤：
56.步骤一、向钨合金粉末中添加钴元素，得到钨合金珠原料混合粉；所述钨合金粉末由以下质量含量的元素成分组成：w 95％，ni 3.5％，fe 1.5％，钨合金珠原料混合粉中钴元素的质量含量为0.25％；
57.步骤二、将步骤一中得到的钨合金珠原料混合粉掺胶制粒，然后采用包括80目、100目和120目标准目数筛网进行筛分分级，得到 80目、-80目～ 100目、-100目～ 120目和-120目四个粒度等级的制粒料；所述不同粒度等级的制粒料按照粒度等级采用塑料袋分装，并充氮气保护，且每袋制粒料的重量不超过20kg；
58.步骤三、将步骤三中得到的制粒料分别按照同种粒度采用钢模压制成型，均得到球直径sφ5.5mm的钨合金珠压坯，将钨合金珠压坯放置在筛网上用软毛刷清理去除表面浮粉后再转入下道热脱脂工序；
59.步骤四、将步骤三中得到的钨合金珠压坯装入底部铺设厚度5mm以上的氧化铝砂的不锈钢盒内，然后推入四带连续脱胶炉进行，且一区温度为340℃～360℃，二区温度为490℃～510℃，三区温度为640℃～660℃，四区温度为740℃～760℃，推舟速度为6.4mm/min，气流量为4m3/h～6m3/h，进气方式为逆氢即与推料方向相反；
60.步骤五、将步骤四中经热脱脂后的钨合金珠压坯装入钼盒中后推入二带马弗炉中进行烧结，装料方式为氧化铝砂多层埋烧，采用氧化铝砂形成的间隔层将相邻的经热脱脂后的钨合金珠压坯完全隔开，且间隔层的厚度为经热脱脂后的钨合金珠压坯直径的0.25倍
以上，如图3所示，烧结的温度为1510℃，推舟速度为5mm/min，采用氢气气氛，且进气方式为逆氢即与推料方向相反，氢气气氛流量为2.0m3/h～3.0m3/h，得到钨合金珠烧结坯，如图4a所示；
61.步骤六、将步骤五中得到的钨合金珠烧结坯进行磨削加工，然后与氧化铝砂搅拌均匀并装入钼盒中，推入二带马弗炉内进行去应力退火处理，去应力退火处理的温度为1400℃，推舟速度为10mm/min，得到钨合金珠。
62.本实施例步骤五中烧结和步骤六中的去应力退火时还可采用电熔氧化铝粉替换氧化铝砂，其中，采用电熔氧化铝粉多层埋烧制备的钨合金珠烧结坯的实物图如图4b所示。
63.将图4a与图4b进行比较可知，采用电熔氧化铝粉避免了钨合金珠表面粘砂或划伤，进一步改善了钨合金珠的表面质量。
64.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。