[发明专利]一种制备高钨高钴镍合金药型罩的方法及模具

说明书

一种制备高钨高钴镍合金药型罩的方法及模具。合金组成：15～30wt.％的钴、25～45wt.％的钨、余量为镍。药型罩制备步骤如下：1)坯料准备；2)利用石棉和不锈钢板对坯料进行包套；3)将坯料加热至1000℃～1250℃保温30min～120min，放入预热的模具中，在液压机上进行模锻；4)将药型罩模锻件加热至900℃～1100℃，保温30min～90min退火。所述模具包括上模模体、下模模体、型腔、导位、阻流带、流边槽、弹簧；型腔下部、下模模体中心位置设置有定位孔；下模模体中心、型腔下方设置有通气孔兼顶出孔，通气孔贯穿下模模体；上模模体与下模模体的侧壁上设置有2～4个吊装孔；下模模体的中心、型腔的下方设置有镶块。通过本发明可获得成型良好、晶粒细小均匀及力学性能优异的高钨高钴镍合金药型罩，制造低成本低。

技术领域

本发明属于药型罩加工技术领域，涉及一种通过近等温热模锻的方式制备高钨高钴镍合金药型罩的方法。

背景技术

药型罩是聚能装药结构中形成射流或弹丸的主要元件。在聚能装药结构工作过程中，爆炸药产生的聚能效应使衬在聚能装药结构凹窝内的药型罩被压缩成为柱状的高速金属射流，聚能射流具有能量密度高和方向性强的特点，可以侵彻装甲、岩石等坚硬目标。研究表明，作为聚能效应的“最终执行者”，药型罩的几何外形、尺寸精度以及药型罩材料的密度、晶粒组织、力学性能等对形成射流的长度、速度和连续稳定性乃至射流最终的侵彻性能至关重要。

通常要求药型罩材料具有高钨高钴、高声速、高熔点、良好的动态延展性和适当的强度，尤其是高钨高钴材料可以大大提高射流的侵彻威力，所以高钨高钴是目前先进药型罩材料的主要发展方向。一种新研发的高钨高钴镍合金，不仅具有较高钨高钴、高声速、高熔点及良好的动态延展性，而且原材料及制备成本较低，非常适合制备高性能药型罩。

高钨高钴镍合金属于单相奥氏体合金，并且含有大量的合金化元素，其变形加工的特点有：1)合金属于单相合金，无法通过退火相变细化晶粒，必须通过变形来细化晶粒；2)冷变形时加工硬化率较高，单道次变形量不能太大，否则容易出现开裂现象；3)为了获得均匀细小的完全再结晶组织，必须在合金的动态再结晶温度以上进行压力加工，导致热变形时适宜变形的“窗口”温度区间相对较小；4)由于合金的再结晶激活能较高，动态再结晶温度较高。

目前常用的药型罩制备技术有：车削、热模锻、旋压、摆碾、冲压等。车削是将棒材直接车削成药型罩形状，操作简单，但是最终成品的内部组织无法得到改善，性能较差，并且材料利用率较低。旋压、冲压、摆碾成形药型罩也存在变形织构、内部组织不均匀、混晶、性能各向异性较大等缺点。热模锻成形，操作简单、工艺相对成熟、生产效率高、材料利用率高，是一种可行的药型罩制备工艺。需要注意的是，高钨高钴镍合金变形最大特点是抗力很大，因此热模锻成型时需加热至很高温度1000℃～1250℃，达到软化合金的目的。不过，药型罩属于薄壁零件，而且尺寸和体积相对于模具来说很小，因此在将合金坯料放至模具中后，坯料降温极快且降幅很大，导致热模锻成型中抗力剧增，成形困难，热塑性也急剧恶化，甚至模锻过程中断乃至模具破裂而危害操作人员，即使强行进行热模锻，最终得到的坯料也会出现变形不均匀、存在混晶组织等问题，造成合金成材率低。

热模锻常用的压力机有：锻锤、液压机、机械压力机、螺旋压力机，锻锤主要靠冲击载荷，对于高钨高钴镍合金药型罩模锻很难一次成形，多次锤击容易因震动导致坯料与模具偏移，乃至模具破裂伤害操作人员。机械压力机和螺旋压力机限于设备能力，设备载荷偏小，无法满足高钨高钴镍合金药型罩模锻成形要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够获得成型良好、晶粒细小均匀、力学性能优异、材料利用率高的高钨高钴镍合金药型罩的制备方法，满足高效药型罩使用要求和低成本制造要求。

实现本发明的技术方案：

一种制备高钨高钴镍合金药型罩的方法，其特征在于高钨高钴镍合金组成元素的质量百分比：25～45wt.％的钨、15～30wt.％的钴、余量为镍和不可避免的残余元素；通过近等温热模锻的方式制备药型罩，制备步骤如下：