本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高比重合金鋼及其制備方法。

　　背景技術(shù)：

　　鋼是碳含量質(zhì)量百分比介于0.02％～2.11％之間的鐵碳合金的統(tǒng)稱，通常鋼具有較高的強(qiáng)度。如我國(guó)自主研制的si-mn-cr-ni-mo-v系并添加微量元素的多元合金超高強(qiáng)度鋼dt300，具備超高強(qiáng)度和韌性.具有高達(dá)1800mpa的抗拉強(qiáng)度及100mpa·m1/2以上的斷裂韌性。此鋼種適用于制造需要承受高應(yīng)力狀態(tài)的結(jié)構(gòu)件，在航空、航天工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。隨著社會(huì)發(fā)展的需要，在某些場(chǎng)合dt300鋼因比重小無(wú)法應(yīng)用，例如魚(yú)墜配重、獵槍彈丸、鐘表鐘擺等。因此，如何制備高比重鋼成為研究者的研究課題之一。

　　鎢是具有體心立方結(jié)構(gòu)的高熔點(diǎn)、高密度、高硬度的金屬。以鎢為基體，并添加有其他元素組成的合金為高比重合金。公告號(hào)為cn1118584c的中國(guó)發(fā)明專利中公開(kāi)了一種高比重鎢合金，該高比重鎢合金含有93％重量比的鎢，4.9％重量比的鎳，2.1％重量比的鐵。但是該高比重鎢合金中鎢的含量較高，增加了生產(chǎn)成本。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、強(qiáng)度大的高比重合金鋼。

　　本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠降低生產(chǎn)成本的高比重合金鋼的制備方法。

　　為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

　　一種高比重合金鋼，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：鎢40％～50％，鎳2.89％～3.47％，碳0.17％～0.20％，硅0.89％～1.07％，錳0.38％～0.46％，鉬0.26％～0.33％，鉻0.55％～0.66％，釩0.05％～0.06％，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。

　　本發(fā)明的高比重合金鋼生產(chǎn)成本低，密度高達(dá)10.9404g/cm3，其抗壓強(qiáng)度為2106.42～2116.76mpa/mm2，并具有一定的塑性。

　　一種高比重合金鋼的制備方法，包括以下步驟：

　　(1)將鋼粉、鎢粉混合后球磨，得混合粉體；

　　(2)將步驟(1)得到的混合粉體在40～80℃真空干燥8～10h，真空度為1.5×10-2～3×10-2mpa，得前驅(qū)體；

　　(3)將步驟(2)得到的前驅(qū)體熱等靜壓，即得。

　　合金鋼中成分的均勻性、添加方式對(duì)合金的力學(xué)性能影響很大。本發(fā)明以固固摻雜方式，將鋼粉和鎢粉混合后球磨，得到成分均勻分布的混合粉體。這種固固摻雜工藝保證了混合粉體中各成分的均勻一致性。本發(fā)明的高比重合金鋼的制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。

　　為降低生產(chǎn)成本，采用過(guò)量的鋼粉，步驟(1)所述鋼粉與鎢粉的質(zhì)量比為1～1.5：1。

　　所述鋼粉的顆粒粒徑大小為200～500目。在此范圍內(nèi)的粉體流動(dòng)性好，松裝密度高。

　　步驟(1)所述鋼粉為dt300鋼粉，dt300鋼具有較高的強(qiáng)度，采用dt300鋼粉在保證合金鋼的高比重的同時(shí)保證強(qiáng)度。

　　所述dt300鋼粉由真空氣霧法制得，所述真空氣霧法的霧化壓力為2.8～3.1mpa，金屬熔體質(zhì)量流量4.7～5.2kg/min。采用真空氣霧化法制得到粉體呈球形或近球形，粉末細(xì)小均勻，無(wú)成分偏析。在此條件下，獲得的粉體的粒徑尺寸更均勻，符合需要。

　　步驟(3)所述熱等靜壓的溫度為1250～1380℃，壓力為150～165mpa，保溫時(shí)間為3～3.5h。熱等靜壓的溫度低則導(dǎo)致兩相界面結(jié)合較弱；溫度高則使晶粒長(zhǎng)大過(guò)大，影響材料的性能。在上述熱等靜壓的參數(shù)下能夠獲得密度較高、成分均勻的高比重合金鋼。

　　步驟(3)所述熱等靜壓后進(jìn)行熱處理，所述熱處理為880～920℃油淬處理1h，然后260～300℃回火處理2h。經(jīng)熱處理后，在保證合金鋼的高硬度的前提下，適當(dāng)降低脆性，穩(wěn)定組織，獲得所需要的性能。

　　附圖說(shuō)明

　　圖1為本發(fā)明的高比重合金鋼的制備方法的實(shí)施例3制得的高比重合金鋼的sem圖；

　　圖2為本發(fā)明的高比重合金鋼的制備方法的實(shí)施例3制得的高比重合金鋼的xrd圖。

　　具體實(shí)施方式

　　本發(fā)明的高比重合金鋼的制備過(guò)程中所用鎢粉為常規(guī)市售產(chǎn)品，其顆粒粒徑大小為10000目。

　　本發(fā)明的高比重合金剛的制備過(guò)程中所用得dt300鋼粉在采用真空氣霧法制備時(shí)熔體過(guò)熱度為300k。

　　下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

　　高比重合金鋼的實(shí)施例1

　　本實(shí)施例的高比重合金鋼，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：鎢40％，鎳3.47％，碳0.20％，硅1.07％，錳0.46％，鉬0.33％，鉻0.66％，釩0.06％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

　　高比重合金鋼的實(shí)施例2

　　本實(shí)施例的高比重合金鋼，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：鎢50％，鎳2.89％，碳0.17％，硅0.89％，錳0.38％，鉬0.26％，鉻0.55％，釩0.05％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

　　在本發(fā)明的高比重合金鋼的其他實(shí)施例中，各組分的質(zhì)量百分比還可以在以下范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整：鎢40％～50％，鎳2.89％～3.47％，碳0.17％～0.20％，硅0.89％～1.07％，錳0.38％～0.46％，鉬0.26％～0.33％，鉻0.55％～0.66％，釩0.05％～0.06％，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。

　　高比重合金鋼的制備方法的實(shí)施例1

　　本實(shí)施例為高比重合金鋼的實(shí)施例1的高比重合金鋼的制備方法，包括以下步驟：

　　(1)取鎢粉40g、dt300鋼粉60g，不銹鋼球700g，無(wú)水乙醇15g放入球磨罐中，充入氬氣，密封后裝機(jī)球磨24h(正、反向交替間隔運(yùn)行，交替運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為120min，交替運(yùn)行間隔停機(jī)時(shí)間設(shè)定為20min，額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率設(shè)定為19.00hz)，得混合粉體；

　　(2)將步驟(1)得到的混合粉體在40℃真空干燥10h，真空度為1.5×10-2mpa，然后過(guò)100目篩；

　　(3)將步驟(2)得到的混合粉體放到壁厚約5mm的45鋼包套中，抽真空，再進(jìn)行熱等靜壓，燒結(jié)溫度為1380℃，壓力為165mpa，保溫時(shí)間3.5h，即得燒結(jié)坯，然后將燒結(jié)坯在900℃溫度下油淬處理1h，然后在300℃溫度下回火處理2h，即得高比重合金鋼。

　　高比重合金鋼的制備方法的實(shí)施例2

　　本實(shí)施例為高比重合金鋼的實(shí)施例2的高比重合金鋼的制備方法，包括以下步驟：

　　(1)取鎢粉、dt300鋼粉各50g，不銹鋼球700g，無(wú)水乙醇18g放入球磨罐中，充入氬氣，密封后裝機(jī)球磨24h(正、反向交替間隔運(yùn)行，交替運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為120min，交替運(yùn)行間隔停機(jī)時(shí)間設(shè)定為20min，額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率設(shè)定為19.00hz)；

　　(2)將步驟(1)得到的混合粉體在60℃真空干燥8h，真空度為3×10-2mpa，然后過(guò)100目篩；

　　(3)將步驟(2)得到的混合粉體放到壁厚約5mm的45鋼包套中，抽真空，再進(jìn)行熱等靜壓，燒結(jié)溫度為1250℃，壓力為159mpa，保溫時(shí)間3h，即得燒結(jié)坯，然后將燒結(jié)坯在900℃溫度下油淬處理1h，然后在300℃溫度下回火處理2h，即得高比重合金鋼。

　　高比重合金鋼的制備方法的實(shí)施例3

　　本實(shí)施例為高比重合金鋼的實(shí)施例2的高比重合金鋼的制備方法，包括以下步驟：

　　(1)取鎢粉、dt300鋼粉各50g，不銹鋼球700g，無(wú)水乙醇18g放入球磨罐中，充入氬氣，密封后裝機(jī)球磨24h(正、反向交替間隔運(yùn)行，交替運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為120min，交替運(yùn)行間隔停機(jī)時(shí)間設(shè)定為20min，額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率設(shè)定為19.00hz)；

　　(2)將步驟(1)得到的混合粉體在60℃真空干燥8h，真空度為3×10-2mpa，然后過(guò)100目篩；

　　(3)將步驟2)得到的混合粉體放到壁厚約5mm的45鋼包套中，抽真空，再進(jìn)行熱等靜壓，燒結(jié)溫度為1380℃，壓力為150mpa，保溫時(shí)間3h，即得燒結(jié)坯，然后將燒結(jié)坯在900℃溫度下油淬處理1h，然后在300℃溫度下回火處理2h，即得高比重合金鋼。

　　在本發(fā)明的高比重合金鋼的制備方法的其他實(shí)施例，步驟(2)中在真空干燥時(shí)真空度設(shè)置為1.5×10-2～3×10-2mpa范圍內(nèi)的其他值，制得的高比重合金鋼同樣具有較好的性能。

　　試驗(yàn)例1

　　對(duì)高比重合金鋼的制備方法的實(shí)施例1～3制得高比重合金鋼進(jìn)行性能測(cè)試。具體測(cè)試條件為：采用阿基米德排水法測(cè)定合金鋼密度，采用hvt-1000顯微硬度計(jì)測(cè)定合金鋼的顯微硬度，同時(shí)采用島津ag-i250kn精密萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定合金鋼的抗壓強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

　　表1

　　從表1可以看出，實(shí)施例3中高比重合金鋼的性能最佳，密度為10.9404g/cm3，致密度達(dá)到99.31％，比dt300鋼的致密度高出42％，抗壓強(qiáng)度達(dá)到2116.76mpa/mm2，達(dá)到預(yù)期效果。

　　試驗(yàn)例2

　　對(duì)高比重合金鋼的制備方法的實(shí)施例3制得的高比重合金鋼進(jìn)行sem和xrd分析，測(cè)試結(jié)果分別如圖1和圖2所示。