Пластины из вольфрамовых сплавов и их получение
Настоящее изобретение относится к пластинам из вольфрамовых сплавов и способу их получения. В нем используется процесс холодной ковки, позволяющий избежать окисления при нагреве слитков вольфрамовых сплавов, упрощающий процесс и эффективно снижающий затраты на сырье и обработку. Благодаря многократным процессам вакуумного отжига и прокатки, полученные пластины из вольфрамовых сплавов имеют мелкозернистую структуру со средним размером зерна ≤30 мкм и значительно улучшенные механические свойства, такие как твердость по Виккерсу, предел прочности, предел текучести и относительное удлинение.
Вольфрамовые сплавы, легированные кремнием, алюминием и калием (WAl1, WAl2 или WAl3), являются высокотемпературными вольфрамовыми сплавами, далее именуемыми вольфрамовыми сплавами. В процессе производства в порошок вольфрама вводятся следовые количества оксидов кремния (Si), алюминия (Al) и калия (K). В процессе высокотемпературного спекания заготовки легирующие примеси оксидов кремния и алюминия испаряются, в то время как элемент калия остается внутри зерен в виде пузырьков. Это позволяет материалу подвергаться вторичной рекристаллизации после обработки под давлением и высокотемпературной обработки, легко формируя структуру с большим соотношением сторон и крупными зернами. Поэтому легированные кремнием, алюминием и калием вольфрамовые сплавы обладают превосходной стойкостью к высокотемпературной деформации. По сравнению с чистым вольфрамом, крупнозернистые вольфрамовые сплавы имеют более высокую температуру рекристаллизации (более 2000℃). При длительной эксплуатации в высокотемпературных условиях зерна с меньшей вероятностью продолжают расти, а заготовка менее подвержена деформации, растрескиванию и другим разрушениям, что значительно увеличивает срок службы материала.
Однако при использовании существующей технологии прокатки вольфрамовых пластин получаемые пластины из вольфрамовых сплавов страдают от измельчения зерен в процессе прокатки. После вторичной рекристаллизационной термообработки полученная микроструктура имеет малое соотношение сторон (менее 10 мм) и склонна к образованию крупных равноосных зерен и аномально крупных зерен. Это приводит к значительному снижению сопротивления пластины из вольфрамового сплава изгибной деформации.
Раскрыт лист из вольфрамового сплава и процесс его изготовления. Процесс включает следующие этапы:
(1) Холодная ковка слитка из вольфрамового сплава с последующим вакуумным отжигом для получения кованой пластины из вольфрамового сплава толщиной 30–40 мм;
(2) Нагрев пластины из вольфрамового сплава до 1650–1750 ℃ и выдержка при этой температуре в течение 30–60 мин, затем проведение третьей холодной прокатки пластины из вольфрамового сплава после выдержки при этой температуре для получения прокатанной пластины из вольфрамового сплава;
(3) Вакуумный отжиг прокатанной слитки из вольфрамового сплава после третьего процесса холодной прокатки на этапе (2);
(4) Нагрев слитки из вольфрамового сплава после вакуумного отжига на этапе (3) до 1450℃~1550℃ и выдержка при этой температуре в течение 15~30 мин, затем проведение четвертого процесса холодной прокатки слитки из вольфрамового сплава после выдержки при этой температуре;
(5) Вакуумный отжиг слитки из вольфрамового сплава после четвертого процесса холодной прокатки, за которым следует высокотемпературная рекристаллизационная термообработка для получения листа из вольфрамового сплава. Процесс холодной ковки предотвращает окисление во время нагрева слитков из вольфрамового сплава, упрощает процесс и эффективно снижает затраты на сырье и обработку. После многократного вакуумного отжига и прокатки полученный лист вольфрамового сплава имеет мелкозернистую структуру со средним размером зерна ≤30 мкм, а его механические свойства, такие как твердость по Виккерсу, предел прочности, предел текучести и относительное удлинение, значительно улучшаются.
Предпочтительно, чтобы гарантировать, что толстый слиток не растрескивается в процессе холодной ковки и облегчает обработку, процесс холодной ковки на этапе (1) включает осевую осадку с последующей радиальной вытяжкой; коэффициент осевой осадки составляет 1:6~1:8, деформация при осевой осадке составляет ≤10%, коэффициент радиальной вытяжки — 3,0~5,0, а прокатанный слиток после вытяжки имеет прямоугольное поперечное сечение.
Предпочтительно, температура отжига на этапе (1) составляет 1450℃~1550℃, а время выдержки — 80~120 мин. Предпочтительно, на этапе (2) первая холодная прокатка выполняется в осевом режиме, то есть сначала прокатывается вдоль ширины кованой пластины до 50-60% от ее толщины, а затем прокатывается вдоль длины пластины для получения однопрокатной пластины, при этом общая степень прокатки составляет ≥80%.
Предпочтительно, на этапе (3) температура отжига составляет 1400℃~1500℃, а время выдержки — 60-80 мин.
Предпочтительно, на этапе (5) температура отжига составляет 1400℃~1500℃, а время выдержки — 60-80 мин.
Предпочтительно, на этапе (5) температура высокотемпературной рекристаллизационной термообработки составляет 2000℃~2200℃, а время выдержки — 1-2 ч.
Предпочтительно, на этапе (1) слиток вольфрамового сплава подвергается механической обработке и очистке перед холодной ковкой для получения слитка вольфрамового сплава.
Предпочтительно, слиток вольфрамового сплава подвергается ультразвуковой дефектоскопии для обеспечения того, чтобы внутренняя структура пластины из вольфрамового сплава была хорошей и не содержала внутренних дефектов. Другой целью настоящего изобретения является предоставление пластины из вольфрамового сплава, полученной путем обработки описанного выше процесса подготовки пластин из вольфрамового сплава.