PL239675B1 - Sposób wytwarzania stopu wolframowego o dużej gęstości - Google Patents

Sposób wytwarzania stopu wolframowego o dużej gęstości Download PDF

Info

Publication number
PL239675B1
PL239675B1 PL429940A PL42994019A PL239675B1 PL 239675 B1 PL239675 B1 PL 239675B1 PL 429940 A PL429940 A PL 429940A PL 42994019 A PL42994019 A PL 42994019A PL 239675 B1 PL239675 B1 PL 239675B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
tungsten
powder
sintering
amount
nickel
Prior art date
Application number
PL429940A
Other languages
English (en)
Other versions
PL429940A1 (pl
Inventor
Paweł Skoczylas
Olgierd Goroch
Zbigniew Gulbinowicz
Original Assignee
Politechnika Warszawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL429940A priority Critical patent/PL239675B1/pl
Publication of PL429940A1 publication Critical patent/PL429940A1/pl
Publication of PL239675B1 publication Critical patent/PL239675B1/pl

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania stopu wolframowego o dużej gęstości.
W ostatnich latach w przemyśle obronnym na rdzenie różnego rodzaju pocisków coraz częściej są stosowane wolframowe stopy ciężkie. Wykorzystuje się szczególne właściwości fizyczne tych materiałów, takie jak: duża gęstość wynosząca 17-18,5 Mg/m3, wysokie właściwości wytrzymałościowe: 950-1100 MPa, a po obróbce plastycznej nawet 1350-1600 MPa, przy równocześnie dobrej plastyczności i obrabialności mechanicznej. Najczęściej wykorzystywane są stopy wolframu zawierające dodatek niklu, żelaza i/lub kobaltu. Ze względu na wysoką temperaturę topnienia wolframu, wynoszącą 3420°C, stopy te wytwarza się metodą metalurgii proszków. Struktura stopów składa się z ziaren wolframu powiązanych osnową o składzie: nikiel, wolfram, żelazo, kobalt i inne składniki.
Ziarna wolframu w stopie powinny być równomiernie rozłożone w osnowie, natomiast osnowa powinna dobrze wypełniać przestrzenie pomiędzy ziarnami wolframu, zapewniając jednocześnie dobrą wytrzymałość granic pomiędzy osnową a ziarnami wolframowymi. Duża rozpuszczalność wolframu w niklu podczas spiekania z fazą ciekłą umożliwia uzyskanie materiału bez porowatości, o gęstości bliskiej teoretycznej. Sposób wytwarzania wolframowych stopów ciężkich jest dość szczegółowo opisany w literaturze, np. w publikacji „Wolfram i Molibden” Stanisława Stolarza i Władysława Rutkowskiego („Wolfram i molibden”, Stanisław Stolarz, Władysław Rutkowski, Państwowe Wydawnictwa Techniczne, Warszawa 1961) czy „Tungsten & tungsten alloys” („Tungsten & tungsten alloys”, 1992: Proceedings of the First International Conference on Tungsten and Tungsten AlloysHardcover - 1993 by Animesh Bose and Robert Dowding).
Stopy wolframu o dużej gęstości stosuje się m.in. do wytwarzania rdzeni specjalnego rodzaju pocisków, ponieważ zapewniają one wysoką energię kinetyczną pocisku. Niemniej, niejednokrotnie pożądane jest, aby stop cechował się jednocześnie obniżonymi właściwościami wytrzymałościowymi, dzięki czemu ma miejsce fragmentacja (rozpad) materiału rdzenia po każdorazowym przejściu przez przeszkodę. Takie stopy o obniżonych parametrach wytrzymałościowych są przykładowo znane z opisu polskiego patentu PL 194772. Zgodnie z wynalazkiem ujawnionym w tym opisie miesza się proszki wolframu, niklu, żelaza i ewentualnie kobaltu, prasuje, a następnie mieszaninę spieka dwustopniowo w atmosferze wodoru, przy czym do mieszaniny proszków wsadowych dodaje się dodatki porotwórcze, którymi są tlenki metali wysokotopliwych w ilości 0,1-0,2% wagowych lub dodatki osadzające się podczas procesu spiekania na powierzchni ziaren wolframowych, którymi są 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 wprowadzane do mieszaniny proszków wsadowych zgodnie z patentem PL194772 osadzają się podczas spiekania na powierzchniach ziaren wolframu i/lub granicach międzyfazowych wolfram - faza wiążąca, powodując osłabienie materiału. Dodatki te charakteryzują się bardzo małą wielkością cząstek i małą, w porównaniu do wolframu, gęstością. To utrudnia ujednorodnienie składu chemicznego mieszanki nawet podczas długotrwałego mieszania. Tymczasem dobre wymieszanie proszków - składników stopów jest jedną z podstawowych operacji technologicznych umożliwiających otrzymanie dobrej struktury stopu (spieku), która wręcz decyduje o właściwościach fizycznych, a zatem i użytkowych wyrobu. Zważywszy, że kształty i wielkości cząstek poszczególnych proszków są różne, w wielu przypadkach trudno przewidzieć stopień zmieszania, jeżeli wkład wykazuje tendencję do segregacji np. gdy występują duże różnice wielkości i kształtu cząstek, gdy są duże różnice w ich powierzchniach właściwych itp.
Ponadto podczas produkcji wyrobów z wolframowych stopów ciężkich powstają znaczne ilości odpadów produkcyjnych, takich jak: wióry, pęknięte pręty, końcówki, zmiotki, próbki po badaniach fizycznych. Odpady te stanowią 20-30% całej ilości produkcyjnej, z czego około 80% stanowią wióry po obróbce mechanicznej. Stanowią one duży problem ze względu na konieczność ich zagospodarowania. W sytuacji wytwarzania stopów z dodatkiem takich związków, jak tlenek glinu, tlenek krzemu, węglik żelaza lub metali alkalicznych, odpady produkcyjne są niejednorodne, co znacząco utrudnia ich zagospodarowanie.
Celem wynalazku było rozwiązanie wyżej przedstawionych problemów.
Sposób wytwarzania stopu wolframowego o dużej gęstości polega na tym, że miesza się proszki wolframu, niklu i żelaza z dodatkiem tlenku metalu wysokotopliwego jako dodatku porotwórczego, mieszaninę poddaje się zagęszczaniu matrycowemu, a następnie spiekaniu w temperaturze od 1500 do 1560°C, w atmosferze wodoru. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako dodatek
PL 239 675 B1 porotwórczy stosuje się proszek trójtlenku wolframu, o wielkości cząstek od 10 do 20 pm, w ilości 0,4-1,5% wagowych, a spiekanie prowadzi się z przyrostem temperatury od 10 do 15°C/min.
Korzystnie stosuje się proszek trójtlenku wolframu o wielkości około 12 μm (wg Fisher SubSieveSizer - FSSS).
Korzystnie spiekanie prowadzi się w atmosferze suchego wodoru o punkcie rosy minus 50°C.
Korzystnie spiekanie prowadzi się z przyrostem temperatury około 10°C/min.
Korzystnie stosuje mieszaninę proszku wolframu w ilości od 96% do 98%, proszku niklu w ilości od 1% do 1,5% i proszku żelaza w ilości od 0,3% do 0,6%
W sposobie według wynalazku jako dodatek porotwórczy zastosowano trójtlenek wolframu o określonej wielkości cząstek. Cząstki trójtlenku wolframu są od 30 do 60-krotnie większe od cząstek proszku wolframu, których wielkość wynosi 3-4 μm, dzięki czemu uzyskuje się równomierne wymieszanie składników stopu. Jednocześnie cząstki WO3 odznaczają się gęstością teoretyczną 7,16 Mg/m3, która, jakkolwiek mniejsza od gęstości wolframu, jest porównywalna z gęstością niklu i żelaza, co znakomicie ułatwia ujednorodnienie podczas procesu mieszania komponentów. Zdefiniowany zgodnie z wynalazkiem przyrost temperatury w trakcie spiekania został tak dobrany, aby zagwarantować uzyskanie około 10% porowatości zamkniętej. Podczas spiekania w atmosferze wodoru następuje redukcja WO3, w wyniku której otrzymuje się wolfram oraz parę wodną. Para wodna znajdująca się w porach zewnętrznych zostaje usunięta z materiału. Pozostała para wodna, okupująca wewnętrzne partie wyrobu, tworzy pory o wielkości 15-30 μm osłabiające materiał. W rezultacie otrzymuje się stop o wytrzymałości porównywalnej ze stopem otrzymywanym zgodnie z patentem PL194772, jednak znacznie bardziej równomierne zhomogenizowanie składników stopu prowadzi do uzyskania regularnych porów równoosiowych, równomiernie rozłożonych w mikrostrukturze materiału. Przy zastosowaniu innych dodatków porotwórczych uzyskuje się natomiast pory wydłużone, nieregularne oraz nierównomiernie rozłożone.
Zastosowanie dodatku proszku trójtlenku wolframu WO3 pozwala w łatwy sposób zagospodarować odpady produkcyjne. Trójtlenek wolframu w procesie spiekania podlega redukcji, powstająca para wodna zostaje usunięta, i w efekcie odpady nie zawierają innych pierwiastków poza wolframem.
Na rysunku przedstawiono:
Fig. 1 - Zdjęcie mikrostruktury wolframowego stopu ciężkiego, otrzymanego zgodnie z Przykładem 1. Fig. 2 - Zdjęcie mikrostruktury wolframowego stopu ciężkiego, otrzymanego zgodnie z Przykładem 2.
Wszystkie zdjęcia zostały wykonane przy użyciu mikroskopu metalograficznego przy powiększeniu 50x. (mikroskop Nicon Eclipse MA-200).
Sposób według wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach.
P r z y k ł a d 1
Do mieszanki proszków zawierającej 97,9% wag. wolframu, 1,4% wag. niklu i 0,3% wag. żelaza wprowadza się 0,4% wag. trójtlenku wolframu o wielkości cząstek około 12 μm. Mieszankę proszków poddaje się zagęszczaniu matrycowemu o ciśnieniu 200 MPa, a następnie spieka w atmosferze suchego wodoru w temperaturze ok. 1500°C, z przyrostem temperatury 10°C/min. Tak wykonane pręty mają gęstość 18,43 Mg/m3 i wytrzymałość na rozciąganie ok. 500 MPa.
Stop został pokazany na Fig. 1. Na zdjęciu są widoczne pory (ciemne pola) równomiernie rozłożone w materiale. Wielkość porów 20-25 μm. Powtarzalna wielkość porów w materiale wynika z zastosowania proszku WO3 o jednorodnej wielkości ziarna.
P r z y k ł a d 2
Do mieszanki proszków zawierającej 97,2% wag. wolframu, 1,4% wag. niklu i 0,5% wag. żelaza wprowadza się 1% wag. trójtlenku wolframu, o wielkości cząstek około 12 μm. Mieszankę proszków poddaje się zagęszczaniu matrycowemu o ciśnieniu 200 MPa, a następnie spieka w atmosferze suchego wodoru w temperaturze ok. 1500°C z przyrostem temperatury 10°C/min. Tak wykonane pręty maja gęstość 18,43 Mg/m3 i wytrzymałość na rozciąganie ok. 510 MPa.
Stop został pokazany na Fig. 2. Na zdjęciu są widoczne pory (ciemne pola) równomiernie rozłożone w materiale. Wielkość porów 20-25 μm. Powtarzalna wielkość porów w materiale wynika z zastosowania proszku WO3 o jednorodnej wielkości ziarna.
PL 239 675 B1
P r z y k ł a d 3
Do mieszanki proszków zawierającej 97,4% wag. wolframu, 1,46% wag. niklu i 0,5% wag. żelaza wprowadza się 0,8% wag. trójtlenku wolframu, o wielkości cząstek około 12 μm. Mieszankę proszków poddaje się zagęszczaniu matrycowemu o ciśnieniu 200 MPa, a następnie spieka w atmosferze suchego wodoru w temperaturze ok. 1500°C, z przyrostem temperatury 10°C/min. Tak wykonane pręty maja gęstość 18,46 Mg/m3 i wytrzymałość na rozciąganie ok. 520 MPa.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe
1. Sposób wytwarzania stopu wolframowego o dużej gęstości, zgodnie z którym miesza się proszki wolframu, niklu i żelaza z dodatkiem tlenku metalu wysokotopliwego jako dodatku porotwórczego, mieszaninę poddaje się zagęszczaniu matrycowemu, a następnie spiekaniu w temperaturze od 1500 do 1560°C, w atmosferze wodoru, znamienny tym, że jako dodatek porotwórczy stosuje się proszek trójtlenku wolframu, o wielkości cząstek od 10 do 20 μm, w ilości 0,4-1,5% wagowych, a spiekanie prowadzi się z przyrostem temperatury od 10 do 15°C/min.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się proszek trójtlenku wolframu o wielkości cząstek około 12 μm.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że spiekanie prowadzi się w atmosferze suchego wodoru o punkcie rosy minus 50°C.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że spiekanie prowadzi się z przyrostem temperatury około 10°C/min.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje mieszaninę proszku wolframu w ilości od 96 do 98%, proszku niklu w ilości od 1 do 1,5% i proszku żelaza w ilości od 0,3 do 0,6%.
PL429940A 2019-05-15 2019-05-15 Sposób wytwarzania stopu wolframowego o dużej gęstości PL239675B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL429940A PL239675B1 (pl) 2019-05-15 2019-05-15 Sposób wytwarzania stopu wolframowego o dużej gęstości

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL429940A PL239675B1 (pl) 2019-05-15 2019-05-15 Sposób wytwarzania stopu wolframowego o dużej gęstości

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL429940A1 PL429940A1 (pl) 2020-11-16
PL239675B1 true PL239675B1 (pl) 2021-12-27

Family

ID=73197049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL429940A PL239675B1 (pl) 2019-05-15 2019-05-15 Sposób wytwarzania stopu wolframowego o dużej gęstości

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL239675B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL429940A1 (pl) 2020-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
da Costa et al. The influence of the dispersion technique on the characteristics of the W–Cu powders and on the sintering behavior
Gu et al. Microstructure characteristics and formation mechanisms of in situ WC cemented carbide based hardmetals prepared by Selective Laser Melting
Khomutov et al. Effect of hot isostatic pressing on structure and properties of intermetallic NiAl–Cr–Mo alloy produced by selective laser melting
US9327448B2 (en) Methods for fabricating three-dimensional metallic objects via additive manufacturing using metal oxide pastes
Enrique et al. In situ formation of metal matrix composites using binder jet additive manufacturing (3D printing)
Bose et al. Processing of tungsten heavy alloy by extrusion-based additive manufacturing
Choi et al. Densification and microstructural development during sintering of powder injection molded Fe micro–nanopowder
RU2633418C2 (ru) Способ изготовления металлического изделия без плавления
Hu et al. Laser deposition-additive manufacturing of in situ TiB reinforced titanium matrix composites: TiB growth and part performance
Labonne et al. Sintering behavior and microstructural evolution of NbC-Ni cemented carbides with Mo2C additions
Wang et al. Metal injection molding of tungsten and its alloys
Bricín et al. Metallographic analysis of the suitability of a WC-Co powder blend for selective laser melting technology
Zhang et al. Control morphology and properties in additive manufacturing of functional gradient cemented carbides for polycrystalline diamond substrates
Jiang et al. Investigation of microstructural evolution and property optimization of pure tungsten via powder extrusion 3D printing
PL239675B1 (pl) Sposób wytwarzania stopu wolframowego o dużej gęstości
Shahzad et al. Negative additive manufacturing of Al2O3-Al cermet material by fused deposition and Direct Ink Writing
Ranot et al. Sintering behaviour of liquid phase sintered 90Mo-10 (Ni–Cu) alloys
Mphasha et al. Characterisation and parametric optimisation of L-PBF and DIW of WC-12wt% Co/Mo cemented carbides using response surface methodology
RU2442675C2 (ru) Способ получения суспензии металлических порошков для изготовления порошковых поликомпонентных материалов
Miranda et al. Ni based tungsten heavy alloy processed by PBF-L additive manufacturing and conventional LPS routes
Jamaludin et al. Optimizing the injection parameter of water atomised SS316L powder with design of experiment method for best sintered density
Gu et al. The role of La2O3 in direct laser sintering of submicrometre WC–Cop/Cu MMCs
Khademitab et al. Effects of powder recycling, binder deposition, and HIP treatment on structure-property relationships in binder jetted 316 L stainless steel
Flores-Martinez et al. Aluminum concentration range for the extrudability of ceramic pastes
EP3946779A1 (en) Systems and methods for injection molding of nanocrystalline metal powders