一种新型钨合金预制破片的制备方法与流程

本发明涉及的是粉末冶金技术领域，具体涉及一种新型钨合金预制破片的制备方法。

背景技术：

高密度钨合金具有密度高、强度和硬度高、导电导热性能好、热膨胀系数低、吸收射线能力强以及耐高压、耐电蚀性能优良等特点，有利于对其进行机加工、焊接、锻压及热处理，在国防军工、航空航天、电子信息、能源、冶金、机械加工和核工业等领域中有着不可替代的作用。钨合金预制破片密度高、穿甲能力强，是防空、反辐射、面杀伤的主要杀伤元素之一，预制破片技术已广泛应用于各种类型的战斗部上。所用的预制破片主要有圆柱体、球体、立方体、长方体等，目前，军用高比重钨合金预制破片都是外表光滑，通过实践和理论分析，光滑圆球飞行时速度损失较快，在一定程度上降低了钨合金预制破片对目标的穿透能力。

中国实用新型专利申请号CN202270311U公布的一种高比重钨合金预制破片球，在光滑圆球的表面设有一些凹坑，这种带凹坑的钨合金球与表面光滑的钨合金相比，在同样地条件下，飞行球速度得到一定程度的提高，但是该方法生产效率低，且该产品对目标的穿透能力有限。

注射成形技术是国际上发展最为迅猛的一项新型粉末冶金近净成形技术，它可成形复杂形状、组织结构均匀、尺寸精度高的制品，而且自动化程度高，适合大规模生产，是一种很有前途的成形方法。目前注射成型技术已经应用于钨合金异形零件的生产。在中国发明专利申请号CN102581281A中公布的一种手机振子的制备方法，它将钨基合金粉与水溶性的粘接剂在165-180℃的温度下混合，得到混合物，将所得混合物模压成型为手机振子坯件，将所得手机振子坯件进行脱脂处理以脱除其中的粘接剂，最后在氮气保护下进行微波烧结，制备得到手机振子；采用注射成形发制备圆球形钨合金预制破片，通过调整注射参数消除缺陷，通过调整烧结来提高合金力学性能。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种新型钨合金预制破片的制备方法，将注射成型技术引入到钨合金预制破片的生产，使带椭圆形凹坑的椭圆形预制破片一次成形，且可以一次成形多个产品，缩短了工艺流程，提高了生产效率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种新型钨合金预制破片的制备方法，其制备步骤为：(1)设计注射成型模具；

(2)将W、Ni、Fe原材料粉末在混合机中混合均匀；

(3)将混合粉和成型剂按比例在捏合机中捏合均匀；

(4)将捏合均匀的混合料进行挤出制粒；

(5)喂料：将制粒料放入注射机中，经注射至注射成模具内成型，形成椭圆形带凹坑的压坯；

(6)脱脂：脱模后，在脱胶炉中进行加热脱脂；

(7)将脱脂后的毛坯在钼丝推杆炉中进行烧结，烧结后形成钨合金预制破片。

作为优选，所述的W、Ni、Fe为钨合金预制破片的主要成分，其中W质量含量在85％-97％之间，Ni与Fe的质量比在1.5-2.5之间。

作为优选，所述的混合粉与成型剂的质量比为20∶1，成形剂的组分为：59％石蜡、20％地蜡、10％醋酸乙烯酯共聚物、10％高密度聚乙烯、1％硬脂酸。

作为优选，所述的成型模具为一模多腔，成型模具由注射模具分型面、型腔、流道组成，型腔表面设有凸起，注射模具型腔表面凸起的椭圆形的长轴与椭圆形型腔长轴相互平行。

作为优选，所述的钨合金预制破片表面凹坑为椭圆形，钨合金预制破片的表面椭圆形凹坑的长轴长度为预制破片长轴长度的1/4，表面椭圆形凹坑的深度为凹坑长轴长度1/3。

作为优选，所述的混合机为倾斜滚筒或双锥混料机；所述的捏合机为真空捏合机；所述制备步骤(4)采用的设备为挤出制粒机；所述的注射机为真空注射机；所述的脱胶炉为气氛脱脂炉；所述的钼丝推杆炉为二钼丝推杆烧结炉。

本发明的有益效果：将注射成型技术引入到钨合金预制破片的生产，使带椭圆形凹坑的椭圆形预制破片一次成形，且可以一次成形多个产品，缩短了工艺流程，提高了生产效率；这种带凹坑的钨合金预制破片比表面光滑的钨合金球在同样地条件下，飞行球速度得到一定程度的提高，且对目标的穿透能力有明显的提高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明预制破片的注射成型模具示意图；

图2为本发明钨合金预制破片的型腔示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：一种新型钨合金预制破片的制备方法，通过以下步骤制备表面带有椭圆形凹坑的椭圆形钨合金预制破片：(1)设计一模多腔、椭圆形型腔表面带椭圆凸起的成形模具；

(2)将W、Ni、Fe原材料粉末在混合机中混合均匀；W、Ni、Fe为钨合金预制破片的主要成分，其中W质量含量在85％-97％之间，Ni与Fe的质量比在1.5-2.5之间；

(3)将混合粉和成型剂按比例在捏合机中捏合均匀；所述的混合粉与成型剂的质量比为20∶1，成形剂的组分为：59％石蜡、20％地蜡、10％醋酸乙烯酯共聚物、10％高密度聚乙烯、1％硬脂酸；

(4)将捏合均匀的混合料进行挤出制粒；

(5)喂料：将制粒料放入注射机中，经注射至注射成模具内成型，形成椭圆形带凹坑的压坯；

(6)脱脂：脱模后，在脱胶炉中进行加热脱脂；

(7)将脱脂后的毛坯在钼丝推杆炉中进行烧结，烧结后形成钨合金预制破片。

值得注意的是，所述的成型模具为一模多腔，成型模具由注射模具分型面1、型腔2、流道3组成，型腔2表面设有凸起4，注射模具型腔表面凸起的椭圆形的长轴与椭圆形型腔长轴相互平行。

值得注意的是，所述的钨合金预制破片表面凹坑为椭圆形，钨合金预制破片的表面椭圆形凹坑的长轴长度为预制破片长轴长度的1/4，表面椭圆形凹坑的深度为凹坑长轴长度1/3。

此外，所述的混合机为倾斜滚筒或双锥混料机；所述的捏合机为真空捏合机；所述制备步骤(4)采用的设备为挤出制粒机；所述的注射机为真空注射机；所述的脱胶炉为气氛脱脂炉；所述的钼丝推杆炉为二钼丝推杆烧结炉。

本具体实施方式把预制钨合金破片设计成椭圆形，并且在椭圆形的表面按照一定的规律形成均匀分布的椭圆形凹坑，较现有表面光滑的预制破片或设计有多个同样大小的凹坑的圆形钨合金预制破片，飞行球速度更快，飞得更远，穿透目标的能力更强。

实施例1：(1)设计一模多腔、椭圆形型腔表面带椭圆凸起的成形模具，其中钨合金预制破片注射模具型腔表面凸起的椭圆形的长轴与椭圆形型腔长轴与相互平行；

(2)将W粉、Ni粉、Fe粉3种原材料粉末，按照质量比85∶17.5∶7.5进行称重配料，之后放入球磨机中机械混合6h，其中球料比为22.5∶100，制成均匀混合粉；

(3)将均匀的混合粉与成型剂放入捏合机中捏合，混合粉与成型剂的质量比为20∶1，之后在170℃、真空度＜0.01MPa捏合5h，捏合完成后停止加热但继续搅拌，当料温＜50℃后出料；成型剂的组分为：59％PW(石蜡)+20％Ceresin(地蜡)+10％EVA(醋酸乙烯酯共聚物)+10％HDPE(高密度聚乙烯)+1％SA(硬脂酸)；

(4)将捏合后的混合料放入挤出制粒机中，连续挤出制粒3次，制粒机一区温度120℃，二区温度140℃，三区温度110℃，模头温度100℃，挤出速度为30-35r/min，切刀转速为20-25r/min，挤出的类球形颗粒直径约3mm；

(5)将类球形颗粒放入注射机中，在110MPa压力、温度140℃下挤出至设计的模具中成型，等冷却开模后取出压坯；

(6)将压坯放入热脱脂炉中进行热脱脂处理，升温过程如下：室温--(30mins)--115℃--(240mins)--350℃(保温60mins)--(30mins)--490℃(30mins)--(30mins)--620℃(30mins)--(90mins)--降至室温；

(7)将脱脂处理后的压坯放入钼丝推杆炉中烧结合金化，烧结温度为1420℃，推舟速度为8mm/min，经烧结后压坯变成钨合金预制破片。

实施例2：(1)设计一模多腔、椭圆形型腔表面带椭圆凸起的成形模具，其中钨合金预制破片注射模具型腔表面凸起的椭圆形的长轴与椭圆形型腔长轴与相互平行；

(2)将W粉、Ni粉、Fe粉3种原材料粉末，按照质量比90∶7∶3进行称重配料，之后放入球磨机中机械混合6h，其中球料比为22.5∶100，制成均匀混合粉；

(3)将均匀的混合粉与成型剂放入捏合机中捏合，混合粉与成型剂的质量比为20∶1，之后在170℃、真空度＜0.01MPa捏合5h，捏合完成后停止加热但继续搅拌，当料温＜50℃后出料；成型剂的组分为：59％PW(石蜡)+20％Ceresin(地蜡)+10％EVA(醋酸乙烯酯共聚物)+10％HDPE(高密度聚乙烯)+1％SA(硬脂酸)；

(4)将捏合后的混合料放入挤出制粒机中，连续挤出制粒3次，制粒机一区温度120℃，二区温度140℃，三区温度110℃，模头温度100℃，挤出速度为30-35r/min，切刀转速为20-25r/min，挤出的类球形颗粒直径约3mm；

(5)将类球形颗粒放入注射机中，在110MPa压力、温度140℃下挤出至设计的模具中成型，等冷却开模后取出压坯；

(6)将压坯放入热脱脂炉中进行热脱脂处理，升温过程如下：室温--(30mins)--115℃--(240mins)--350℃(保温60mins)--(30mins)--490℃(30mins)--(30mins)--620℃(30mins)--(90mins)--降至室温；

(7)将脱脂处理后的压坯放入钼丝推杆炉中烧结合金化，烧结温度为1460℃，推舟速度为8mm/min，经烧结后压坯变成钨合金预制破片。

实施例3：(1)设计一模多腔、椭圆形型腔表面带椭圆凸起的成形模具，其中钨合金预制破片注射模具型腔表面凸起的椭圆形的长轴与椭圆形型腔长轴与相互平行；

(2)将W粉、Ni粉、Fe粉3种原材料粉末，按照质量比93∶4.9∶2.1进行称重配料，之后放入球磨机中机械混合6h，其中球料比为22.5∶100，制成均匀混合粉；

(3)将均匀的混合粉与成型剂放入捏合机中捏合，混合粉与成型剂的质量比为20∶1，之后在170℃、真空度＜0.01MPa捏合5h，捏合完成后停止加热但继续搅拌，当料温＜50℃后出料；成型剂的组分为：59％PW(石蜡)+20％Ceresin(地蜡)+10％EVA(醋酸乙烯酯共聚物)+10％HDPE(高密度聚乙烯)+1％SA(硬脂酸)；

(4)将捏合后的混合料放入挤出制粒机中，连续挤出制粒3次，制粒机一区温度120℃，二区温度140℃，三区温度110℃，模头温度100℃，挤出速度为30-35r/min，切刀转速为20-25r/min，挤出的类球形颗粒直径约3mm；

(5)将类球形颗粒放入注射机中，在110MPa压力、温度140℃下挤出至设计的模具中成型，等冷却开模后取出压坯；

(6)将压坯放入热脱脂炉中进行热脱脂处理，升温过程如下：室温--(30mins)--115℃--(240mins)--350℃(保温60mins)--(30mins)--490℃(30mins)--(30mins)--620℃(30mins)--(90mins)--降至室温；

(7)将脱脂处理后的压坯放入钼丝推杆炉中烧结合金化，烧结温度为1490℃，推舟速度为8mm/min，经烧结后压坯变成钨合金预制破片。

实施例4：(1)设计一模多腔、椭圆形型腔表面带椭圆凸起的成形模具，其中钨合金预制破片注射模具型腔表面凸起的椭圆形的长轴与椭圆形型腔长轴与相互平行；

(2)将W粉、Ni粉、Fe粉3种原材料粉末，按照质量比97∶2∶1进行称重配料，之后放入球磨机中机械混合6h，其中球料比为22.5∶100，制成均匀混合粉；

(3)将均匀的混合粉与成型剂放入捏合机中捏合，混合粉与成型剂的质量比为20∶1，之后在170℃、真空度＜0.01MPa捏合5h，捏合完成后停止加热但继续搅拌，当料温＜50℃后出料；成型剂的组分为：59％PW(石蜡)+20％Ceresin(地蜡)+10％EVA(醋酸乙烯酯共聚物)+10％HDPE(高密度聚乙烯)+1％SA(硬脂酸)；

(4)将捏合后的混合料放入挤出制粒机中，连续挤出制粒3次，制粒机一区温度120℃，二区温度140℃，三区温度110℃，模头温度100℃，挤出速度为30-35r/min，切刀转速为20-25r/min，挤出的类球形颗粒直径约3mm；

(5)将类球形颗粒放入注射机中，在110MPa压力、温度140℃下挤出至设计的模具中成型，等冷却开模后取出压坯；

(6)将压坯放入热脱脂炉中进行热脱脂处理，升温过程如下：室温--(30mins)--115℃--(240mins)--350℃(保温60mins)--(30mins)--490℃(30mins)--(30mins)--620℃(30mins)--(90mins)--降至室温；

(7)将脱脂处理后的压坯放入钼丝推杆炉中烧结合金化，烧结温度为1550℃，推舟速度为8mm/min，经烧结后压坯变成钨合金预制破片。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。