[发明专利]一种高性能钨合金棒材及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能钨合金棒材及其制备方法，该棒材按质量百分比由如下组分组成：铼10～26％，碳化物0.3～3％，余量为钨；钨的部分由Si、Al、K组分替代。该高性能钨合金棒材制备步骤依次包括：钨铼预合金粉末的制备、钨合金粉末的制备、成形处理、烧结处理、轧制变形处理、热处理，最后经机加工得到高性能钨铼合金棒材。本发明提供的钨合金具有晶粒细小、组织均匀、杂质元素含量较低、高致密性、高强度、抗高温蠕变等优异性能；本发明的制备方法制备的钨合金材料晶粒细小、均匀，室温抗拉强度≥1500MPa、断后伸长率≥15％，2000℃抗拉强度≥200MPa、断后伸长率≥15％。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种高性能钨合金棒材及其制备方法。

背景技术

随着航空航天高温应用领域的不断发展，对材料的高温强度、抗烧蚀性能、抗高温蠕变性能等要求越来越高。钨合金具有高熔点、高强度、高硬度、高塑性、高再结晶温度、高电阻率，低蒸气压、低电子逸出功和低塑性脆性转变温度等一系列优良性能；尤其重要的是，钨合金具有优异的高温力学性能，使其成为2000℃条件下使用的超高温结构材料的首选。

目前对于钨铼合金的研究主要集中在对丝材的研究，国内对于大规格尺寸钨铼合金结构材料的研究未见报道。为了使钨铼合金在高温条件下具有更好的性能，目前研究在向细化、纯化和强韧化的方向发展，第二相颗粒强化高铼含量钨铼合金将成为未来研究的重点。在《钨铼合金制备方法和高温力学性能的研究进展》(王峰,郑欣等.《中国钨业》2014年4月29卷2期)一文中，作者提到了国外W.D.Kloop和W.D.Witzke通过真空电弧熔炼制备W-25Re-0.27HfC合金锭，并尝试通过热挤压的方式开坯制造W-25Re-0.27HfC合金棒材，但未获成功；Todd Leonhardt通过粉末冶金法制备出坯料，然后经过热等静压处理，最后经过旋锻和挤压变形加工方法，得到的直径30mm左右W-24.5Re-2HfC的棒材，室温抗拉强度可以达到1400MPa，断后伸长率可以达到10％，1900℃抗拉强度达到250MPa以上，但断后伸长率不足10％，且此种制造方法工艺复杂，而且旋锻工艺不适于制备更大直径的棒材，热挤压工艺材料利用率低，成本偏高，不适于规模化生产钨合金。

发明内容

针对现有技术中存在的缺点，本发明的目的之一在于提供一种高性能钨合金棒材，能够满足航空航天高温应用领域对结构材料在2000℃条件下的使用要求。

本发明的目的之二在于提供一种高性能钨合金棒材的制备方法，采用粉末冶金工艺，制备的钨合金材料晶粒细小、均匀，室温抗拉强度≥1500MPa、断后伸长率≥15％，2000℃抗拉强度≥200MPa、断后伸长率≥15％。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高性能钨合金棒材，按质量百分比，由如下组分组成：铼10～26％，碳化物0.3～3％，余量为钨(即钨的质量分数为71～89.7％)。

在上述高性能钨合金棒材中，作为一种优选实施方式，所述钨由掺杂钨替代，更优选地，所述掺杂钨按质量百分比由如下组分组成：Si 0.015～0.035％，Al 0.003～0.01％，K 0.006～0.016％，余量为钨。掺杂微量的Si、Al、K，有利于进一步提高材料的加工性能，尤其是对于低铼含量的钨铼合金而言。

在上述高性能钨合金棒材中，作为一种优选实施方式，所述碳化物为HfC、TiC、ZrC、TaC中的一种或多种；更优选地，按质量百分比，在所述高性能钨合金棒材中，所述碳化物的含量为0.3～1.5％。

本发明的高性能钨合金棒材中，各组分设计的原理如下：

钨，为合金的基体。