自耗熔炼工艺制备钨锆合金

钨锆合金是一种典型的含能结构材料，该类材料在室温条件下相当稳定，且具有较高的强度，而在冲击载荷作用下，钨锆合金中锆基元素因受冲击而诱发化学反应，释放出大量的热量。利用该特性制成的钨锆合金破片，即可利用其强度来侵彻贯穿目标，又可利用其释放特性对目标产生附加的毁伤，最终显著提高破片对目标的毁伤效果，在军事领域有较广阔的应用前景。

钨锆合金制备主要有两种方法：(1)是粉末冶金工艺：粉末冶金可以制备出钨含量很高的合金材料，这种工艺在烧结过程中属于固相烧结，元素之间扩散较少，合金化程度不高，很难达到绝对致密。(2)真空熔炼方法：真空熔炼可以制备出材料性能较高的合金，得到熔炼态合金材料，但是由于非自耗电弧熔炼温度的限制，对高钨含量的钨锆合金熔炼增加了难度，而且钨元素密度高，电弧熔炼中易出现钨组元沉降现象，很难制备出组织均匀的高钨合金。

针对现有技术而提供一种高钨含量钨锆合金的制备方法，其称之为 自耗熔炼工艺，所制成品钨含量可达到50％以上，最高可达70％。

技术方案为包括以下步骤：

(1)配粉、混粉

以ZrTi粉(锆钛粉)与W粉(钨粉)各50％(质量百分比)配粉，用混料罐混合均匀，混粉时间为2h，混粉后掺入5％SBP胶并造粒。

 (2)压制、烧结

采用冷等静压机220MPa压制，保压2min，分级卸压，制得压坯；将压坯600℃脱脂，时间为2h，1300℃烧结，保温1.5h；精车去除氧化皮，制成圆柱形电极，将电极作为自耗电弧熔炼的自耗电极。

(3)自耗电弧熔炼

自耗电弧熔炼的真空度为10-1Pa以上，熔炼电压在30V，经过两次自耗电弧熔炼：

A、一次熔炼

熔炼电流1～1.25KA，稳弧电流为1.8～2.5A，熔炼时间为2～3min，冷却到150℃以 下出炉，出炉后即可得到高钨含量钨锆合金(即ZrTi-50W一次锭)，选用水冷铜坩埚。

B、二次熔炼

将上述制得的ZrTi-50W一次锭用作二次熔炼电极，熔炼电流1.25～1.5KA，稳弧电 流为1.8～2.5A，熔炼时间为3～6min，熔炼完成后冷却到150℃以下出炉，出炉后即可得高钨含量钨锆合金成品。

与现有技术相比，上述工艺通过粉末冶金工艺和自耗熔炼工艺结合制备高钨含量钨锆合金，一方面，采用粉末冶金工艺制备自耗电极，电极强度较高， 熔炼中不会出现“掉渣”现象，且粉末烧结能很好地改善了电极中钨和其他元素的分布 状态，有利于铸锭的成分组织均匀性，进而可以得到钨含量高达70％的熔炼态钨锆合金。另一方面，通过自耗熔炼工艺，可以净化合金，消除夹杂，使材料的致密度与强韧性比 粉末冶金态合金有进一步提高。

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