PL194772B1 - Sposób wytwarzania stopów ciężkich na bazie wolframu - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania stopów ciężkich na bazie wolframu przez mieszanie proszków wolframu, niklu, żelaza i ewentualnie kobaltu, prasowanie a następnie dwustopniowe spiekanie w atmosferze wodoru, znamienny tym, że do mieszaniny proszków wsadowych dodaje się dodatki porotwórcze - tlenki metali wysokotopliwych w ilości 0,1-0,2% wagowych lub dodatki osadzające się podczas procesu spiekania na powierzchni ziarn wolframowych - tlenki i węgliki metali, takie jak: tlenek glinu, tlenek krzemu, węglik wolframu, węglik żelaza lub metale alkaliczne, takie jak: wapń, fosfor, sód, potas w ilości 0,02-0,2% wagowych.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania stopów ciężkich na bazie wolframu o ograniczonej wytrzymałości, przeznaczonych szczególnie do celów wojskowych.

Stopy ciężkie zawierają w swym składzie oprócz wolframu nikiel, żelazo, ewentualnie kobalt, chrom i wytwarzane są metodą metalurgii proszków. Charakteryzują się one dużą gęstością właściwą 17,0 ± 18,5 g/cm³, wysoką wytrzymałością i twardością oraz zadowalającymi własnościami plastycznymi. Stopy ciężkie znajdują zastosowanie jako elementy wyważeniowe i stopy odporne na korozję. Ostatnio coraz częściej stosowane są jako penetratory energii kinetycznej.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 171 823 sposób wytwarzania spieków ciężkich na bazie wolframu, zawierających nikiel i żelazo, metodą metalurgii proszków. Zgodnie z powyższym wynalazkiem najpierw miesza się proszki niklu i żelaza w stosunku ilościowym 2:1 do 7:3, do mieszaniny dodaje się sukcesywnie proszek wolframu, a następnie mieszaninę proszków redukuje się wodorem w temperaturze 400-600°C, a po sprasowaniu spieka dwustopniowo w temperaturze 900-1000°C w atmosferze suchego wodoru i w temperaturze 1400-1500°C w atmosferze wilgotnego wodoru. W praktyce stosuje się temperaturę o 60-80°C przewyższającą temperaturę powstawania fazy ciekłej, która wynosi 1420°C. W procesie otrzymuje się wyroby, w których ziarna wolframowe mają wielkość 20-30 mm, co gwarantuje wysokie właściwości wytrzymałościowe wyrobów. Podczas procesu spiekania czas przetrzymywania materiału w najwyższej temperaturze wynosi 15-30 minut i jest wystarczający dla penetracji powstałej fazy ciekłej pomiędzy ziarnami wolframowymi a jednocześnie ogranicza wzrost ziarn wolframowych. Otrzymane znanym sposobem kształtki ze stopów ciężkich, najczęściej w postaci prętów, odznaczają się wytrzymałością na rozciąganie 800-900 MPa, a po dodatkowej przeróbce plastycznej 1100-1400 MPa. Materiał o tak dużej wytrzymałości i gęstości jest idealnym materiałem na rdzenie pocisków podkalibrowych, które powinny odznaczać się największą penetracją płyty pancernej.

W niektórych zastosowaniach tak wysoka wytrzymałość jest niewskazana. Okazało się bowiem, że pręty z materiału o obniżonej wytrzymałości są bardziej przydatne, gdyż rdzenie pocisków z nich wykonane, po przejściu przez płytę o grubości kilku milimetrów, rozbijają się na wiele drobnych części, przez co znacznie wzrasta powierzchnia perforacji kolejnych płyt lub przeszkód.

Sposób wytwarzania stopów ciężkich według wynalazku, charakteryzujących się obniżoną wytrzymałością polega na wprowadzeniu do mieszaniny proszków wsadowych dodatków porotwórczych lub dodatków osadzających się podczas procesu spiekania na powierzchni ziarn wolframowych. Jako dodatki porotwórcze stosuje się tlenki metali wysokotopliwych w ilości 0,1-0,2% wagowych. W procesie spiekania, w atmosferze wodoru, następuje częściowa redukcja tlenku, w wyniku czego tworzą się drobne pory, wypełnione parą wodną. Pory te umieszczają się na granicy międzyfazowej i w znaczny sposób osłabiają własności wytrzymałościowe wyrobu finalnego.

Jako dodatki osadzające się na powierzchni ziarn wolframowych stosuje się tlenki i węgliki metali, takie jak: tlenek glinu, tlenek krzemu, węglik wolframu, węglik żelaza lub metale alkaliczne, takie jak: wapń, fosfor, sód, potas w ilości 0,02-0,2% wagowych. Dodatki te osadzają się podczas spiekania na powierzchni ziarn wolframowych i stanowią zarodki mikropęknięć, w decydujący sposób obniżając właściwości wytrzymałościowe wyrobu finalnego.

P r z y k ł a d l

Do mieszanki czystych proszków, zawierającej 98,25% wagowych wolframu, 1,15% wagowych niklu i 0,4% wagowych żelaza wprowadzono 0,2% wagowych tlenku glinu w postaci proszku o ziarnistości ok. 1 mm. Mieszankę po sprasowaniu izostatycznym na pręty o średnicy 25 mm i długości 400 mm, spiekano dwustopniowo w atmosferze wodoru i w temperaturach: w pierwszym etapie - 1000°C, w drugim etapie - 1500°C. Pręty tak wykonane odznaczały się gęstością 18,84 g/cm3 i wytrzymałością na rozciąganie 380 MPa.

P r z y k ł a d II

Do mieszanki proszków o zawartości 96,44% wagowych wolframu, 2,15% wagowych niklu i 1,4% wagowych żelaza wprowadzono 0,1% wagowych tlenku krzemu. Po prasowaniu izostatycznym i spiekaniu dwustopniowym, pręty z tak otrzymanego materiału wykazywały wytrzymałość na rozciąganie 450 MPa.

PL 194 772 B1

P r z y k ł a d III

Wyselekcjonowany proszek wolframowy, zawierający 0,02% wagowych wapnia mieszano z 2,3% wagowych proszku niklu i 0,6% wagowych proszku żelaza. Następnie, po prasowaniu izostatycznym i spiekaniu dwustopniowym, otrzymano pręty o wytrzymałości na rozciąganie 550 MPa.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania stopów ciężkich na bazie wolframu przez mieszanie proszków wolframu, niklu, żelaza i ewentualnie kobaltu, prasowanie a następnie dwustopniowe spiekanie w atmosferze wodoru, znamienny tym, że do mieszaniny proszków wsadowych dodaje się dodatki porotwórcze - tlenki metali wysokotopliwych w ilości 0,1-0,2% wagowych lub dodatki osadzające się podczas procesu spiekania na powierzchni ziarn wolframowych - tlenki i węgliki metali, takie jak: tlenek glinu, tlenek krzemu, węglik wolframu, węglik żelaza lub metale alkaliczne, takie jak: wapń, fosfor, sód, potas w ilości 0,02-0,2% wagowych.