【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钨合金制备领域，具体涉及一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法及应用。
技术介绍
1、液相烧结制备的传统钨镍铁合金，由于优异的强度和硬度，以及综合力学性能，其在穿甲弹芯材料中得到广泛应用。然而随着现代战争态势的发展，传统钨镍铁合金作为穿甲弹弹芯材料已无法满足性能需求。因此，202211020238.1一种高强度超细晶的钨钽镍铁铜合金及其制备方法和应用中，通过设计材料成分体系和制备工艺，利用固溶强化、细晶强化和第二相强化的作用，制备得到的钨钽镍铁铜合金，其极限拉伸强度和极限压缩强度高达1.1gpa和1.9gpa，相比于传统钨镍铁合金提升30％和25％，能够更好地适用于穿甲弹弹芯材料。
2、然而，由于穿甲弹侵彻靶板时，穿甲弹头部会在轴向力的作用下，迫使部分材料向外翻转形成较大的“蘑菇头”使受力面积增加，从而造成额外的动能损失，严重影响侵彻作用。为了最大化钨钽镍铁铜合金作为穿甲弹弹芯材料在侵彻过程中的侵彻能力，必须考虑增强所制备的高强度钨钽镍铁铜合金的绝热剪切敏感性，使弹头在侵彻过程中不断“自锐化”，使得其以较尖的弹头姿态侵彻目标，提高侵彻能力。
3、旋锻作为一种常规形变强化工艺，能够提高合金内部位错密度，从而降低绝热剪切带形成的临界应变，提高绝热剪切敏感性，增强侵彻过程中的“自锐化”能力。然而，202211020238.1所制备的钨钽镍铁铜合金中具有硬度极高，韧性优异的纳米ni3ta强化相，强化相的高硬度导致合金在旋锻过程中发生不均匀的变形，引起晶粒的方向性变化，导致在不同方向上出现不均匀
4、该专利的主要特征在于保证钨钽镍铁铜合金高强度的前提下，通过设计合适旋锻工艺，获得具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金，并应用于穿甲弹弹芯材料。
技术实现思路
1、针对纳米ni3ta强化的钨钽镍铁铜合金，在旋锻过程中存在的合金不均匀变形，强化相的溶解和重新分布，合金的裂纹扩展及脆性断裂等问题。本专利技术的第一个目的在于提供一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金的制备方法，该钨钽镍铁铜合金具有更高的强度、更优异的绝热剪切敏感性，在侵彻过程中具有更好的“自锐化”能力。
2、本专利技术的第二个目的在于提供上述制备方法所制备具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金的应用。
3、为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
4、本专利技术一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，包括旋锻处理和热处理，将钨钽镍铁铜合金棒材先于800～1300℃真空马弗炉中进行高温加热，随后置于旋锻设备中进行n阶段的旋锻处理，旋锻完成后，再将合金置于700～900℃真空马弗炉中进行高温热处理，进行随炉冷却，然后于400～500℃进行低温热处理，进行随炉冷却，即可获得成品。每一阶段旋锻处理后的钨钽镍铁铜合金于700～900℃真空马弗炉中，进行保温5～30min，然后再升温至800～1300℃旋锻温度并保温10～30min，接着再进行下一阶段的旋锻。
5、作为优选，本专利技术所用钨钽镍铁铜合金原始样品，是在专利202211020238.1中筛选出来的样品。其成分由(钨+钽)、镍、铁、铜以质量比计，(钨+钽)：镍：铁：铜＝90：3.5～6.3：1.5～2.7：1～5组成；其中，钨与钽的质量比为85～95：5～15。
6、所用钨钽镍铁铜合金原始样品的制备方法包括粉末冶金法，优选为专利202211020238.1的制备方法。
7、作为更进一步的优选方案，本专利技术中的钨钽镍铁铜合金原始样品采用202211020238.1中的实施例1所选材料及制备工艺方法所得。即：
8、一种低温烧结高强度超细晶钨钽镍铁铜合金的制备方法，包括以下步骤：
9、步骤1：使用机械合金化方式制备钨钽预合金粉末；
10、取钨粉171g，平均粒径3～5μm，纯度大于99.8％；钽粉9g，平均粒径30μm，纯度大于99.5％；将钨粉和钽粉放入碳化钨球磨罐中并加入无水乙醇至罐体1/2位置，加入1800g碳化钨球，球直径6mm；将球磨罐密封后通过通气阀通入高纯氩气；采用qxqm-16全方位行星式球磨机进行球磨实验，球磨时间为60h，球磨转速为300rpm/min。球磨完毕后，将钨钽预合金粉末及无水乙醇倒入托盘，放入真空手套箱中在高温干燥箱中开始干燥；干燥温度为50℃，干燥时间40h。干燥完毕的钨钽预合金粉末被转移入gsl-1200x-ii型高温真空管式炉中，以0.5l/min通入高纯氢气，持续30min后开始加热；先以10℃/min加热至600℃，保温2h；再以5℃/min加热至900℃，保温0.5h；随后以10℃/min降温至室温，获得钨钽预合金粉末。
11、步骤2：压胚制备过程
12、取钨钽预合金粉末共180g；镍粉9.8g，平均粒径3～5μm，纯度大于99.9％；铁粉4.2g，平均粒径3～5μm，纯度大于99.5％；铜粉6g，平均粒径3～5μm，纯度大于99.8％；将以上粉末一起放入三维混料机中，进行12h混料；混料结束后，将混合粉末装入橡胶包套，置于冷等静压炉在250mpa压力下进行冷压成型，获得压胚。
13、步骤3：钨钽镍铁铜合金的烧结
14、烧结过程使用上海皓越电炉技术有限公司vvp-60真空热压烧结炉；烧结过程中，炉内真空度维持在10-3pa以下；先以10℃/min速率升温至900℃，保温0.5h；之后以5℃/min速率升温至1350℃，保温1h；再以10℃/min速率降温至1100℃，并保温3h；最后以10℃/min速率降温至室温，完成烧结过程，得到高强度钨钽镍铁铜合金。
15、钨钽镍铁铜合金的平均密度为16.75g/cm3，平均相对密度为97.89％，平均伸长率为17.11％，平均抗拉强度为1100mpa，平均压缩屈服强度为1300mpa，平均压缩极限强度为1600mpa，平均晶粒尺寸为6.83μm。
16、作为优选，本专利技术旋锻过程为：将钨钽镍铁铜合金棒材置于真空马弗炉中进行高温加热，真空度≤1×10-3pa，设置加热速率为15～35℃/min，温度800～1300℃、优选为900～1150℃、进一步优选为950～1100℃、更进一步优选为980～1020℃，保温10～30min；随后置于旋锻设备中，设置旋锻频率800～1500次/分钟，每阶段旋锻变形量1～4.5％，分n个阶段进行旋锻(n≥1)，旋锻总变形量20～70％。
17、作为进一步的优选，每阶段旋锻变形量1.5～3.5％、更进一步优选为1.5～3％、再更进一步优选为1.8～2.2％，这一范围当然包括2.0％、2.1％、1.9％等。
18、作为进一步的优选，旋锻总变形量30～55％、更进一步优选为30～本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，其特征在于：包括旋锻处理和热处理，将钨钽镍铁铜合金棒材先于800～1300℃真空马弗炉中进行高温加热，随后置于旋锻设备中进行N阶段的旋锻处理，旋锻完成后，再将合金置于700～900℃的真空马弗炉中进行高温热处理，进行随炉冷却，然后于400～500℃进行低温热处理，进行随炉冷却，即可获得成品；
2.根据权利要求1所述的一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，其特征在于：所述钨钽镍铁铜合金，其成分由(钨+钽)、镍、铁、铜以质量比计，(钨+钽)：镍：铁：铜＝90：3.5～6.3：1.5～2.7：1～5组成；其中，钨与钽的质量比为85～95：5～15。
3.根据权利要求1所述的一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，其特征在于：旋锻过程为：将钨钽镍铁铜合金棒材置于真空马弗炉中进行高温加热，真空度≤1×10-3Pa，设置加热速率为15～35℃/min，温度800～1300℃；优选为900～1150℃，进一步优选为950～1100℃，更进一步优选为980～1020℃，保温10～30min；随后置于旋锻设备中
4.根据权利要求1所述的一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，其特征在于：每阶段旋锻变形量1.5～3.5％，更进一步优选为1.5～3％，再更进一步优选为1.8～2.2％。
5.根据权利要求4所述的一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，其特征在于：旋锻总变形量30～55％，更进一步优选为30～50％，再更进一步优选为38～42％。
6.根据权利要求3所述的一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，其特征在于：旋锻频率为1000～1300次/分钟，更进一步优选为1150～1250次/分钟，再更进一步优选为1180～1220次/分钟。
7.根据权利要求1所述的一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，其特征在于：每次旋锻前，高温加热的保温时间为10～30min。
8.根据权利要求1所述的一种具有自锐性的高强度钨钽镍铜合金制备方法，其特征在于：旋锻完成后，再将合金置于700～900℃的真空马弗炉中进行高温热处理5～10h，进行随炉冷却，然后于400～500℃进行低温热处理1～5h，进行随炉冷却，即可获得成品。
9.一种如权利要求1所述具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金的应用，其特征在于：所述具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金运用于穿甲弹材料。
...【技术特征摘要】
1.一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，其特征在于：包括旋锻处理和热处理，将钨钽镍铁铜合金棒材先于800～1300℃真空马弗炉中进行高温加热，随后置于旋锻设备中进行n阶段的旋锻处理，旋锻完成后，再将合金置于700～900℃的真空马弗炉中进行高温热处理，进行随炉冷却，然后于400～500℃进行低温热处理，进行随炉冷却，即可获得成品；
2.根据权利要求1所述的一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，其特征在于：所述钨钽镍铁铜合金，其成分由(钨+钽)、镍、铁、铜以质量比计，(钨+钽)：镍：铁：铜＝90：3.5～6.3：1.5～2.7：1～5组成；其中，钨与钽的质量比为85～95：5～15。
3.根据权利要求1所述的一种具有自锐性的高强度钨钽镍铁铜合金制备方法，其特征在于：旋锻过程为：将钨钽镍铁铜合金棒材置于真空马弗炉中进行高温加热，真空度≤1×10-3pa，设置加热速率为15～35℃/min，温度800～1300℃；优选为900～1150℃，进一步优选为950～1100℃，更进一步优选为980～1020℃，保温10～30min；随后置于旋锻设备中，设置旋锻频率800～1500次/分钟，每阶段旋锻变形量1～4.5％，分n个阶段进行旋锻，旋锻总变形量20～70％。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘文胜，周佳涛，黄宇峰，马运柱，王垚，张磊，孙敬轩，樊沛源，李梓怡，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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