一种非难熔的钨合金

摘要

本发明涉及一种非难熔的钨合金、其特点在于包括以下化学成分(质量分数)：W 50～85、Fe 10～44、B 0.1～6.0、C 0.5～3.0、Si 0～2.5、Ni 0～5.0、Cr0～10、Mn 0～5.0、Mo 0～5.0、Y 0～2.0、Sc 0～2.0、Er 0～2.0和Gd 0～2.0。本发明的钨合金熔点低于1600℃、能够采用普通设备熔炼、并能浇注成形。

说明书

技术领域

本发明涉及以难熔金属钨为基体的金属材料，属于钨合金材料及制备技术领域。

背景技术

钨合金具有高密度、高强度、良好的导电性、导热性、低膨胀系数，良好的耐蚀性和抗氧化性，极高的γ射线和X射线吸收能力，在航空航天工业、常规武器工业、机械工业、仪表工业、核工业、医疗器械、石油工业和电气工业等用作配重、弹头弹芯、放射性屏蔽材料和压铸模具等。

一般情况下，熔点高于1650℃的金属被称为难熔金属，反之，则被称为非难熔金属。纯钨的熔点约为3400℃，是熔点最高的金属，目前使用的钨合金熔点也很高，属于难熔合金，以W-Fe合金为例，当钨质量分数为70％时，熔点在2700℃左右；钨质量分数为50％时钨铁合金熔点也在1700℃以上，而普通熔炼设备的耐火材料使用温度一般都在1700℃以下，只能熔炼非难熔合金。现有的钨合金无法采用铸造方法成形零件，使得粉末冶金迄今为止仍然是制备钨合金零件的主要方法。

粉末冶金的工序主要包括：原料粉末的制备、粉末混合、压制成形、烧结和后处理。其中采用了金属粉末为原料和压制成形工艺，不可避免地存在下述问题：

1、粉末冶金制品质量与金属粉末性能密切相关，金属粉末性能又与制造方法密切相关，粉末制备方法众多，粉末性能难以掌控，导致最终制品质量难以控制自如。

2、粉末的充填特性远不如液态金属，导致制品的复杂程度受到限制。

3、压制成形所需的压强高，需采用加压设备，导致粉末冶金制品尺寸受设备能力限制。

此外，压模成本高，一般只适用于成批或大量生产；粉末冶金技术方案的实现过程决定了制品内部必然存在一定量的孔隙，普通粉末冶金制品的强度比相应的锻件或铸件要低。为提高粉末冶金件的性能，需采取复压、热锻等后处理手段。从整体角度，粉末冶金工艺复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺点，提供一种非难熔的钨合金，可以使用普通的熔炼设备熔炼和浇注成形。

本发明的非难熔钨合金，其化学成分(质量分数％)包括：W 50～85、Fe 10～44、B 0.1～6.0、C 0.5～3.0、Si 0～2.5、Ni 0～5.0、Cr 0～10，Mn 0～5.0、Mo 0～5.0、Y 0～2.0、Sc 0～2.0、Er 0～2.0和Gd 0～2.0。

本发明的非难熔钨合金，对于较低钨含量的钨合金，优选化学成分(质量分数％)包括：W 60～74.9、Fe 19～34、B 0.5～3.0、C 0.5～3.0、Si 0～2.5、Ni0～5.0、Cr 0～10、Mn 0～5.0、Mo 0～5.0、Y 0～2.0、Sc 0～2.0、Er 0～2.0和Gd 0～2.0。

本发明的非难熔钨合金，对于较高钨含量的钨合金，优选化学成分(质量分数％)包括：W 75～82、Fe 10～22、B 1.5～6.0、C 0.5～3.0、Si 0～2.5、Ni 0～5.0、Cr 0～10、Mn 0～5.0、Mo 0～5.0、Y 0～2.0、Sc 0～2.0、Er 0～2.0和Gd 0～2.0。

本发明的非难熔钨合金，对于较低钨含量的钨合金，进一步优选化学成分(质量分数％)：W 67～69、Fe 25～29、B 2.0～4.0和C 2.0～3.0。

本发明的非难熔钨合金，对于较高钨含量的钨合金，进一步优选化学成分(质量分数％)：W 75～78、Fe 18～21、B 2.5～4.0和C 2.0～3.0。

本发明的非难熔钨合金，对于较高钨含量的钨合金，进一步优选化学成分(质量分数％)：W 80～82、Fe 12～17、C 1.5～3.0、B 2.5～3.5和Si 1.0～2.5。

本发明的非难熔钨合金，对于较低钨含量的钨合金，进一步优选化学成分(质量分数％)：W70～74.9、Fe 23～25、B 2.0～3.0、C 2.0～2.5和Gd 1.5～4.0。

本发明的非难熔钨合金熔点低于1600℃，能够采用普通设备熔炼，并能浇注成形，与粉末冶金钨合金相比，本发明具有以下优点：

1、熔点低。

2、制备工艺简单。

3、成本低。

4、能成形形状复杂钨合金件。

5、能成形大尺寸钨合金件。

本发明的非难熔钨合金可以采用电磁感应炉(真空或非真空)熔炼。非难熔钨合金的制备方法包括下述步骤：

(1)按下述化学成分配比(质量分数％)进行配料：

W 50～85、Fe 10～44、B 0.1～6.0、C 0.5～3.0、Si 0～2.5、Ni 0～5.0、Cr 0～10、Mn 0～5.0、Mo 0～5.0、Y 0～2.0、Sc 0～2.0、Er 0～2.0和Gd 0～2.0。

本发明的非难熔钨合金所需的原材料为纯金属和含有所需元素的中间合金。

(2)将按配比所取的原材料放入熔炼炉中进行熔炼(熔炼的气氛为大气、惰性气体或真空)，待原材料完全熔化后浇注，可以采用砂型和金属型成形钨合金件。

附图说明

图1为实施例3中钨合金的差热分析(DTA)曲线。

具体实施方式

本发明的实施例均采用25kg真空中频电磁感应炉，镁砂坩埚熔炼钨合金，原材料纯度均为工业级。按20kg配料，将配好的原材料装入炉中，盖上炉盖抽真空，待真空度≤1.33×10^-2kPa，充氩气至60kPa；钨基合金完全熔化后，于1600℃～1620℃浇入砂型，成形Y形试块。用差热分析仪测定钨合金液相线温度。

下面给出制备非难熔钨合金所用原材料配比、按上述方法制备的非难熔钨合金成分及相应液相线温度实施例：

实施例一

1、原材料为金属锰1.01kg、钨质量分数为75.93％的钨铁合金13.44kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金0.88kg、纯铁3.69kg、石墨粉0.45kg和硅质量分数为74.39％的硅铁合金0.53kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     51.0

Fe    39.0

B     0.8

C     2.2

Mn    5.0

Si    2.0。

3、液相线温度为1300℃。

实施例二：

1、原材料为钨质量分数为75.93％的钨铁合金13.96kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金3.04kg、石墨粉0.45kg、金属锰1.01kg和纯铁1.54kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     53.0

Fe    37.0

B     2.8

C     2.2

Mn    5.0。

3、液相线温度为1310℃。

实施例三：

1、原材料为金属钨块3.46kg、钨质量分数为75.93％的钨铁合金13.57kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金2.5kg和石墨粉0.47kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     68.9

Fe    26.5

B     2.3

C     2.3。

3、液相线温度为1332℃。

实施例四：

1、原材料为金属钨块9.47kg、钨质量分数为75.93％的钨铁合金6.87kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金2.93kg、石墨粉0.51kg和多晶硅0.22kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     73.5

Fe    20.2

B     2.7

C     2.5

Si    1.1。

3、液相线温度为1350℃。

实施例五：

1原材料为金属钨块15.2kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金2.93kg、石墨粉0.37kg、多晶硅0.36kg和钨质量分数为75.93％的钨铁合金1.14kg。

2化学成分(质量分数，％)：

W     80.4

Fe    13.3

B     2.7

C     1.8

Si    1.8。

3、液相线温度为1470℃。

实施例六：

1、原材料为金属钨块7.66kg、钨质量分数为75.93％的钨铁合金8.41kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金3.04kg、石墨粉0.55kg和金属钆0.34kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     70.3

Fe    22.5

B     2.8

C     2.7

Gd    1.7。

3、液相线温度为1450℃。

实施例七：

1、原材料为金属钨块16.15kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金2.55kg、石墨粉0.31kg、多晶硅0.36kg和结晶硼粒0.63kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     80.8

Fe    10.4

B     5.5

C     1.5

Si    1.8。

3、液相线温度为1473℃。

实施例八：

1、原材料为金属钨块8.12kg、钨质量分数为75.93％的钨铁合金8.51kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金2.72kg、石墨粉0.43kg、金属钇0.1kg和金属铒0.12kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     73.0

Fe    21.3

B     2.5

C     2.1

Y     0.5

Er    0.6。

3、液相线温度为1420℃。

实施例九：

1、原材料为金属钨块5.05kg、钨质量分数为75.93％的钨铁合金11.74kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金2.5kg、石墨粉0.47kg和金属铒0.24kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     69.9

Fe    24.3

C     2.3

B     2.3

Er    1.2。

3、液相线温度为1300℃。

实施例十：

1、原材料为金属钨块3.83kg、钨质量分数为75.93％的钨铁合金12.98kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金2.5kg、石墨粉0.49kg和金属钪0.2kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     68.5

Fe    25.8

B     2.3

C     2.4

Sc    1.0。

3、液相线温度为1330℃。

实施例十一：

1、原材料为金属钨块5.51kg、钨质量分数为75.93％的钨铁合金11.21kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金2.61kg、石墨粉0.47kg和金属钇0.2kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     70.2

Fe    24.1

B     2.4

C     2.3

Y    1.0。

3、液相线温度为1340℃。

实施例十二：

1、原材料为金属钨块15.62kg、硼质量分数为18.48％的硼铁合金2.93kg、石墨粉0.43kg、多晶硅0.38kg和钨质量分数为75.93％的钨铁合金0.64kg。

2、化学成分(质量分数，％)：

W     80.6

Fe    12.7

B     2.7

C     2.1

Si    1.9。

3、液相线温度为1540℃。