军用钨锆合金合成技术

钨是一种非常重要的有色金属，它具有密度高、强度大等一系列特性，通常被用于配重材料、屏蔽材料以及军用战斗部材料，在医疗、工程机械、五金工具、军事、航天等领域应用范围广阔。钨钛合金是一种重要的冶金添加剂，主要用于制造高硬度高强度的钨钢、含钨高温钛合金等。而含有钨的锆合金由于具有较好的纵火能力也在军事领域有较广阔的应用前景。

传统制备钨锆合金的方法主要有非自耗电弧熔炼法和自耗电弧熔炼法两种。这两种方法均是以电弧作为热源，将钨和锆熔化形成合金。在这两种方法中，作为原材料的钨主要有钨粉和纯钨屑两类。无论是采用钨粉还是钨屑，均是将其与海绵锆机械混合，直接用于电弧熔炼的原材料。

 钨屑是毫米尺度的、已经形成致密组织的纯钨块体，钨屑在电弧熔炼过程中，只有接近电弧中心附近的钨屑才能达到熔点而熔化，而由于比表面积小，也只有表面的一层钨可以快速与周围的钛、锆形成合金。当混合原料中钨含量高于10％以后，电弧熔炼过程常常难以保障所有钨屑的完全熔化并进而形成高钨含量的合金，而在原纯钨块体中心也常常残留有未合金化的钨粒，这直接导致熔炼获得的合金成分不均匀。

针对上述的技术现状，研究人员改进了现有钨合金的电弧熔炼方法，使钨含量可达到10％以上，最高可达40％。例如，制备Zr-30W合金的过程就包含以下步骤：

(1)钨粉压坯

将原料钨粉在压机上压制成钨粉压坯，成形压力500MPa。

(2)钨粉压坯破碎

将上一步制备的钨粉压坯破碎成0.1mm～5mm之间粒度的钨粉压坯颗粒。

(3)配料

采用上一步制得的钨粉压坯颗粒和海绵锆为原料，按重量百分比混料200g，其中钨粉压坯颗粒30％、其余为海绵锆。

(4)真空电弧熔炼

将配好的原料放入坩埚中，采用通常的真空非自耗电弧熔炼工艺进行3次熔炼获得 铸锭，每次熔炼后铸锭冷却到200℃以下出炉。出炉后即可制得的高钨含量钨锆合金(即Zr-30W)。

与现有技术相比，改进方法的优点在于：钨粉原料进行预压坯并破碎的方法，改善钨粉原料与其他金属原料在熔炼过程中的分布状态。一方面，预压坯钨粉可以大幅度减少钨粉原料的体积，解决大比例钨粉原料难以与海绵锆等原料混合的难题，另一方面，钨粉原料与其他金属原料的结合形式得到了改善，使得电弧重熔过程中疏松的钨粉坯料可以迅速熔化并与周围的锆形成合金，并结合电弧熔炼，熔炼过程疏松的钨粉压坯熔化迅速，与周围合金元素冶金反应也进行的很完全，进而获得成分均匀的高钨含量钨合金铸锭，最高获得钨含量可高达40％的成分均匀、无偏析、无夹杂的高钨含量合金。

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