权利要求
1.一种超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材的长度要求，采用
粉末冶金烧结法，制备多根长度为300mm~500mm的W-Ni-Fe合金棒坯;每根W-Ni-Fe合金棒坯的直径和成分均与目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材相同;
对W-Ni-Fe合金棒坯端面进行机加工和清洗后，在棒坯的待焊接端面处喷涂Ni-Fe涂层;于还原气氛下，对喷涂有Ni-Fe涂层的棒坯进行还原脱氧;之后，于惰性气氛下，对多根待焊接棒坯依次进行旋转摩擦焊接，焊接过程中，待焊接端面颗粒在Ni-Fe涂层的作用下，发生固溶和重排;真空热处理后，制得超长规格W-Ni-Fe合金棒材。
2.根据权利要求1所述的超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法，其特征在于，Ni-Fe涂层中，Ni与Fe的比例与目标超长规格W-Ni-Fe棒材中Ni与Fe比例相同，喷涂的厚度为3μm~10μm。
3.根据权利要求1所述的超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法，其特征在于，所有W-Ni-Fe合金棒坯的长度之和>目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材的长度，长度超出部分用于弥补机加工以及焊接过程中的长度损失。
4.根据权利要求1所述的超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法，其特征在于，超长规格W-Ni-Fe合金棒材的长度为600mm~2000mm。
5.根据权利要求1所述的超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法，其特征在于，还原脱氧时，还原气氛为氢气气氛，还原温度为700℃~900℃，还原时间为2h~4h。
6.根据权利要求1所述的超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法，其特征在于，旋转摩擦焊接，第一次焊接时，具体包括以下步骤：
将一根W-Ni-Fe合金棒坯作为夹持固定端，另一根W-Ni-Fe合金棒坯作为工进旋转端，在惰性气氛的保护下，工进旋转端靠近夹持固定端后接触摩擦使得工件端面逐步升温，然后分离，主轴带动工进旋转端转动，转速为1200r/min~2300r/min，同时与夹持固定端的待焊接端面接触，摩擦压力为25MPa~38MPa，顶锻压力为170MPa~210MPa，顶锻时间为5s~10s，摩擦进给速度为2.5mm/s~4.0mm/s，顶锻速度为23mm/s~30mm/s。
7.根据权利要求6所述的超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法，其特征在于，当第一次焊接不能达到目标超长规格W-Ni-Fe棒材的长度要求时，将第一次焊接后的W-Ni-Fe合金棒坯作为夹持固定端，另一根W-Ni-Fe合金棒坯作为工进旋转端，按相同的方法再次焊接，连续焊接多次后，达到目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材的长度要求。
8.根据权利要求1所述的超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法，其特征在于，真空热处理时，温度为700℃~1000℃，保温时间为2h~4h。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及粉末冶金和焊接技术领域，具体涉及一种超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法。
背景技术
[0002]W-Ni-Fe系高比重钨合金具有众多优异的特点，如高密度、高强度、高韧性、热膨胀系数小、吸收射线能力强等，在军工、宇航、机械等领域均有着广泛的应用。随着工业以及军事的发展，所需W-Ni-Fe棒材的规格也发生了大幅变化。由于现代军工弹芯武器材料的重型化，所需W-Ni-Fe合金棒材的长度逐步增大。因此，对于长度≥600mm超长规格W-Ni-Fe合金棒材的需求也日趋明显。
[0003]现有技术中制备超长规格钨
镍铁棒材制备方法主要为：采用大尺寸、长恒温区的烧结炉，通过粉末冶金法制备长规格的W-Ni-Fe烧结坯;或直接烧结大直径W-Ni-Fe棒坯，再采用多道次变形锻造得到超长规格的钨合金棒材。上述两种方法需要依靠大型设备制备长规格的W-Ni-Fe合金棒坯或大直径W-Ni-Fe合金棒坯，但是由于W-Ni-Fe的烧结属于典型的液相烧结，大规格的坯料在烧结过程中受自身重力的作用易出现塌陷变形，增大了后续制备超长规格W-Ni-Fe棒材的风险。
发明内容
[0004]为解决传统粉末冶金烧结法直接制备超长规格W-Ni-Fe棒材对设备要求高、液相烧结过程控制难度大的问题，本发明提供了一种通过旋转摩擦焊制备超长规格W-Ni-Fe合金棒材的方法。本发明通过将超长规格W-Ni-Fe棒材转化为制备直径相同、成分相同的数根小规格W-Ni-Fe合金棒坯，将棒坯的端面进行机加工、清洗和喷涂Ni-Fe涂层，然后经过高温氢气还原脱氧、旋转摩擦焊接以及最终的真空热处理，实现了超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备。
[0005]本发明具体通过以下技术方案实现。
[0006]本发明提供了一种超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法，包括以下步骤：
按照目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材的长度要求(长度≥600mm)，制备数根长度为300mm~500mm小规格W-Ni-Fe合金棒坯。
[0007]对小规格W-Ni-Fe合金棒坯进行机加工平头、清洗后，在棒坯的待焊接端面处喷涂Ni-Fe涂层。
[0008]于还原气氛下，对喷涂有Ni-Fe涂层的棒坯进行还原脱氧;之后，于惰性气氛下，对待焊接棒坯依次进行旋转摩擦焊接，焊接过程中，待焊接端面颗粒在Ni-Fe涂层的作用下，发生固溶和重排，之后对焊接后的W-Ni-Fe合金棒进行真空热处理，可大幅提升焊缝处的力学性能，即制得超长规格W-Ni-Fe合金棒材。
[0009]优选的，根据目标超长尺寸W-Ni-Fe合金棒材的牌号和规格，保持成分和直径一致，按长度方向分为数根长度为300mm~500mm的小规格棒坯。并根据目标W-Ni-Fe合金棒材的成分，称取对应的W、Ni、Fe粉体进行混合、压制、预烧结、烧结等过程，利用常规的粉末冶金烧结法，制备数根小规格W-Ni-Fe合金棒坯。所有小规格W-Ni-Fe合金棒坯的长度之和>目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材的长度，长度超出部分用于弥补机加工以及焊接过程中的长度损失，小规格W-Ni-Fe合金棒坯的直径与目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材的直径相同，每根小规格W-Ni-Fe合金棒坯的成分组成与目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材的成分组成相同。具体操作时，可根据目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材的长度，拆分为2根、3根或多根小规格W-Ni-Fe合金棒坯。其只需以W、Ni、Fe粉体为初始原料，按所需的W-Ni-Fe合金牌号进行配料、混合、冷等静压压制棒坯、预烧结、烧结等工艺，通过烧结制备与最终目标棒材直径相同的小规格W-Ni-Fe合金烧结态棒坯。得到数根烧结态小规格W-Ni-Fe合金棒坯后，将其端面进行机加工处理，使得端面平整、光滑，再使用丙酮或酒精等对机加后的端面进行浸泡10min~15min、清洗干净，低温烘干，之后在机加工后小规格W-Ni-Fe棒坯的端面，进行Ni-Fe涂层的喷涂。
[0010]优选的，Ni-Fe涂层中，Ni与Fe的比例与目标超长规格W-Ni-Fe棒材中Ni/Fe比保持相同，喷涂的厚度为3μm~10μm。需要说明的是，Ni-Fe涂层中Ni元素和Fe元素是均匀分布的。
[0011]优选的，还原脱氧时，还原气氛为氢气气氛，还原温度为700℃~900℃，还原时间为2h~4h。
[0012]优选的，旋转摩擦焊接时，第一次焊接时，具体包括以下步骤：
将一根小规格W-Ni-Fe合金棒坯作为夹持固定端，另一根W-Ni-Fe棒坯为工进旋转端，在惰性气氛的保护下，缓慢靠近后短暂接触摩擦使得工件端面逐步升温，然后迅速分离至相距3mm位置处，主轴带动旋转工进端高速转动，转速为1200r/min~2300 r/min，同时与夹持固定端钨
镍铁棒焊接面接触，摩擦压力为25MPa~38MPa，顶锻压力为170MPa~210MPa，顶锻时间为5s~10s，摩擦进给速度为2.5mm/s~4.0mm/s，顶锻速度为23mm/s~30mm/s。
[0013]当一次焊接不能达到目标W-Ni-Fe棒坯的长度时，将第一次焊接后的W-Ni-Fe合金棒坯作为夹持固定端，另一根W-Ni-Fe合金棒坯为工进旋转端，按相同的方法再次焊接。即根据最终产品的长度需求，可进行多次焊接以实现超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备。
[0014]优选的，真空热处理时，真空热处理的温度为700℃~1000℃，保温时间为2h~4h。
[0015]通过本发明制备的超长规格W-Ni-Fe合金棒材的长度为600mm~2000mm范围内。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过将超长规格W-Ni-Fe合金棒材转化为制备直径相同、成分相同的数根小规格W-Ni-Fe合金棒坯，即以常规长度为300mm~500mm的W-Ni-Fe合金棒坯为原料，将烧结棒坯的端面进行简易的机加工、清洗和喷涂Ni-Fe涂层，然后经过高温氢气还原脱氧、旋转摩擦焊接以及最终的真空热处理，实现了超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备。本发明克服了常规旋转摩擦焊接过程中，不对W-Ni-Fe棒坯进行特殊处理，直接将W-Ni-Fe棒坯进行焊接，焊接后棒材在焊缝处的力学性能远低于母材，极大地限制了其应用。本发明在机加工后，喷涂一定厚度的Ni-Fe涂层，在高速旋转摩擦焊接过程中，将两段的钨颗粒进行固溶、及颗粒重排，相当于焊缝处进行了短时间的二次烧结，再结合适宜的热处理工艺，可大幅提升焊缝处的力学性能。且越靠近边部旋转过程中线速度越大，能量越大，芯部相对较低。因此，在焊缝部位，边部的抗拉强度可达母体材料的91%以上，芯部抗拉强度可达母体材料的85%以上。本发明也可用于不同牌号钨镍铁合金棒坯的焊接。
[0017]与传统粉末冶金烧结法相比，本发明不需要大型设备，也避免了液相烧结过程大规格的坯料受自身重力的作用易出现塌陷变形的问题，本发明方法简单，且成功制备出超长规格W-Ni-Fe合金棒材，制备的棒材具有优异的力学性能，能够满足应用需求，因此本发明方法适合超长规格W-Ni-Fe合金棒材的批量化生产。
附图说明
[0018]图1为实施例2制备的超长规格W-Ni-Fe合金棒材焊缝处在100μm尺度下的微观形貌照片。
[0019]图2为对比例1制备的超长规格W-Ni-Fe合金棒材焊缝处在100μm尺度下的微观形貌照片。
具体实施方式
[0020]为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法;所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
[0021]一种超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法是，包括以下步骤：
步骤1，制备小规格烧结棒坯：
根据目标制备超长规格W-Ni-Fe合金棒材的尺寸、成分，将所需的原料W、Ni、Fe粉体进行原料混合、冷等静压压制棒坯、预烧结、烧结等致密化过程，制备直径与目标合金相同、长度为300mm~500mm的数根小规格W-Ni-Fe合金烧结态棒坯，考虑到后续的机加及焊接过程，所有小规格W-Ni-Fe合金棒坯的长度之和应大于目标合金棒材的长度。
[0022]需要说明的是，本发明根据实际所要制备的目标W-Ni-Fe合金棒材的成分，选择相应牌号的W-Ni-Fe合金棒材的成分进行称取W粉、Ni粉、Fe粉以及其他掺杂原料即可。比如，本发明针对的所述W-Ni-Fe系高比重钨合金棒材包括但不限于牌号为90W-7Ni-3Fe、93W-4.9Ni-2.1Fe和95W-3.5Ni-1.5Fe等。还需要说明的是，本发明制备小规格W-Ni-Fe合金棒坯的方法为常规粉末冶金烧结法。在制备超长规格W-Ni-Fe合金棒材时，小规格W-Ni-Fe合金棒坯可直接使用现有的棒坯，也可以重新从原料粉末开始制备获得。只需要满足，小规格W-Ni-Fe合金烧结态棒坯成分组成和直径均与目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材一致，长度为300mm~500mm即可。
[0023]步骤2，端面机加工和清洗：
需要说明的是，为确保后续经旋转摩擦焊后制备得到了W-Ni-Fe合金棒材具有较好的直线度、焊缝强度，将烧结后的小规格W-Ni-Fe合金棒坯端面进行平头、见光，使得各个端面平整、光滑，再使用丙酮、酒精等对机加后的端面进行清洗，有效去除机加工过程引入的杂质。
[0024]步骤3，喷涂Ni-Fe涂层：
需要说明的是，本发明为有效提升焊缝的力学性能，在待焊接端面进行Ni-Fe元素喷涂，且Ni/Fe比与目标W-Ni-Fe棒材中的Ni/Fe比保持一致，喷涂的厚度仅需3μm~10μm。
[0025]步骤4，高温氢气还原：
需要说明的是，本发明为进一步提升焊接界面的纯度及性能，对喷涂有Ni-Fe涂层的小规格W-Ni-Fe棒坯在氢气气氛下进行高温还原脱氧，有效去除氧元素及其他喷涂过程引入的杂质元素，该高温还原过程的还原温度为700℃~900℃，还原时间为2h~4h;
步骤5，旋转摩擦焊接：
将一根小规格W-Ni-Fe合金棒坯作为夹持固定端，另一根W-Ni-Fe合金棒坯为工进旋转端，缓慢靠近后短暂接触摩擦使得工件端面逐步升温，然后迅速分离至相距3mm位置处，主轴带动旋转工进端高速转动，转速为1200~2300 r/min，同时与夹持固定端钨镍铁棒焊接面接触，摩擦压力为25~38MPa，顶锻压力为170~210MPa，顶锻时间为5~10s，摩擦进给速度为2.5~4.0mm/s，顶锻速度为23~30mm/s;
需要说明的是，本发明通过在焊接过程中对焊接界面保持喷吹惰性气氛，使得整个焊接过程中，焊接端面均处于惰性气氛中，有效隔绝空气，降低界面因氧含量而导致的性能下降。
[0026]当第一次焊接不能达到目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材的长度要求时，将第一次焊接后的W-Ni-Fe合金棒坯作为夹持固定端，另一根小规格W-Ni-F合金e棒坯为工进旋转端，按相同的方法再次焊接，连续焊接多次后，达到目标超长规格W-Ni-Fe合金棒材的长度要求。
[0027]步骤6，真空热处理：
对焊接后的超长规格W-Ni-Fe棒坯进行真空热处理，真空热处理的温度为700℃~1000℃，保温时间为2h~4h。
[0028]需要说明的是，本发明通过对焊接后的W-Ni-Fe合金棒坯进行真空热处理，消除焊接过程中产生的应力，以及去除表面残留的杂质，得到了焊接界面力学性能较好的W-Ni-Fe合金棒材。
[0029]下面具体通过以下实施例对本发明的内容进行具体说明。
[0030]实施例1
本实施例提供一种利用旋转摩擦焊制备超长规格W-Ni-Fe合金棒材的方法，包括以下步骤：
步骤1，制备小规格烧结棒坯：
本实施例以牌号为90W-7Ni-3Fe、直径为φ60mm、长度为1350mm的W-Ni-Fe合金为最终目标棒材，按照牌号为90W-7Ni-3Fe的成分称取相应的W粉、Ni粉和Fe粉。原料粉体经混合、冷等静压压制、预烧结、烧结的传统粉末冶金过程，制备得到直径为φ60mm，长度为500mm的3根W-Ni-Fe合金棒坯，备用。
[0031]步骤2，端面机加工和清洗：
将上述步骤得到的小规格W-Ni-Fe合金棒坯，进行端面机加工，使得端面平整、粗糙度≤0.8μm;利用丙酮对机加工后的端面进行浸泡、清洗10分钟，然后再低温下烘干。
[0032]步骤3，喷涂Ni-Fe涂层：
将上述步骤得到W-Ni-Fe棒坯进行Ni-Fe喷涂，其中所使用的涂层材料中Ni/Fe比为7:3，喷涂厚度为5μm。
[0033]步骤4，高温氢气还原：
将步骤3得到的带有Ni-Fe涂层的W-Ni-Fe棒坯在氢气炉内进行高温氢气还原，氢气流量设置为5L/min，升温速率为3℃/min，还原温度为800℃，还原时间为4h。
[0034]步骤5，旋转摩擦焊接：
将步骤4得到的3根W-Ni-Fe棒坯中，其中第一根作为夹持固定端，第二根为工进旋转端，在氩气气氛下，缓慢靠近后短暂接触摩擦使得工件端面逐步升温，然后迅速分离至相距3mm位置处，主轴带动旋转工进端高速转动，转速为1500r/min，同时与夹持固定端钨镍铁棒焊接面接触，摩擦压力为38MPa，顶锻压力为180 MPa，顶锻时间为6s，摩擦进给速度为3.2mm/s，顶锻速度为26 mm/s。
[0035]将一次焊接后的W-Ni-Fe合金棒坯作为夹持固定端，第三根为工进旋转端，以相关的工艺参数再次进行焊接，得到超长规格W-Ni-Fe合金棒坯。
[0036]步骤6，真空热处理：
将上述步骤得到了W-Ni-Fe合金棒坯，在真空退火炉进行热处理，热处理的温度设置为700℃，保温时间为2h。
[0037]通过检测焊缝处与母体材料的室温力学性能可得到，母体材料的抗拉强度为934MPa，焊缝处边部抗拉强度869MPa，芯部抗拉强度803MPa。
[0038]实施例2
本实施例提供一种利用旋转摩擦焊制备超长规格W-Ni-Fe合金棒材的方法，包括以下步骤：
步骤1，制备小规格烧结棒坯：
本实施例以牌号为92.5W-4.9Ni-2.1Fe-0.5Co、直径为φ80mm、长度不低于900mm的W-Ni-Fe合金为最终目标棒材，按照牌号为92.5W-4.9Ni-2.1Fe-0.5Co的成分称取相应的W粉、Ni粉、Fe粉和Co粉。原料粉体经混合、冷等静压压制、预烧结、烧结的传统粉末冶金过程，制备得到直径为φ80mm，长度为500mm的2根W-Ni-Fe棒坯，备用。
[0039]步骤2，端面机加工和清洗：
将上述步骤得到的小规格W-Ni-Fe合金棒坯，进行端面机加工，使得端面平整、粗糙度≤0.8μm;利用无水乙醇对机加工后的端面进行浸泡、清洗15分钟，然后再低温下烘干。
[0040]步骤3，喷涂Ni-Fe涂层：
将上述步骤得到W-Ni-Fe合金棒坯进行Ni-Fe喷涂，其中所使用的涂层材料中Ni/Fe比为7:3，喷涂厚度为7μm。
[0041]步骤4，高温氢气还原：
将步骤3得到的带有Ni-Fe涂层的W-Ni-Fe合金棒坯在氢气炉内进行高温氢气还原，氢气流量设置为5L/min，升温速率为3℃/min，还原温度为900℃，还原时间为3h。
[0042]步骤5，旋转摩擦焊接：
将步骤4得到的2根W-Ni-Fe合金棒坯中，其中第一根作为夹持固定端，第二根为工进旋转端，在氩气气氛下，缓慢靠近后短暂接触摩擦使得工件端面逐步升温，然后迅速分离至相距3mm位置处，主轴带动旋转工进端高速转动，转速为1850 r/min，同时与夹持固定端钨镍铁棒焊接面接触，摩擦压力为34MPa，顶锻压力为205MPa，顶锻时间为9s，摩擦进给速度为2.8mm/s，顶锻速度为25mm/s。
[0043]步骤6，真空热处理：
将上述步骤5得到了W-Ni-Fe合金棒坯，在真空退火炉进行热处理，热处理的温度设置为800℃，保温时间为3h。
[0044]图1为实施例2制备的超长规格W-Ni-Fe合金棒材焊缝处在100μm尺度下的微观形貌照片。通过检测焊缝处与母体材料的室温力学性能可得到，母体材料的抗拉强度为950MPa，焊缝处边部抗拉强度895MPa，芯部抗拉强度808MPa。
[0045]实施例3
本实施例提供一种利用旋转摩擦焊制备超长规格W-Ni-Fe合金棒材的方法，包括以下步骤：
步骤1，制备小规格烧结棒坯：
本实施例以牌号为96.7W-2.1Ni-0.9Fe-0.3Co、直径为φ50mm、长度不低于1000mm的W-Ni-Fe合金为最终目标棒材，按照牌号为92.5W-4.9Ni-2.1Fe-0.5Co的成分称取相应的W粉、Ni粉、Fe粉和Co粉。原料粉体经混合、冷等静压压制、预烧结、烧结的传统粉末冶金过程，制备得到直径为φ80mm，长度为400mm的3根W-Ni-Fe棒坯，备用。
[0046]步骤2，端面机加工和清洗：
将上述步骤得到的小规格W-Ni-Fe合金棒坯，进行端面机加工，使得端面平整、粗糙度≤0.8μm;利用丙酮对机加工后的端面进行浸泡、清洗10分钟，然后再低温下烘干。
[0047]步骤3，喷涂Ni-Fe涂层：
将上述步骤得到W-Ni-Fe合金棒坯进行Ni-Fe喷涂，其中所使用的涂层材料中Ni/Fe比为7:3，喷涂厚度为10μm。
[0048]步骤4，高温氢气还原：
将步骤3得到的带有Ni-Fe涂层的W-Ni-Fe合金棒坯在氢气炉内进行高温氢气还原，氢气流量设置为6L/min，升温速率为3℃/min，还原温度为900℃，还原时间为4h。
[0049]步骤5，旋转摩擦焊接：
将步骤4得到的3根W-Ni-Fe合金棒坯中，其中第一根作为夹持固定端，第二根为工进旋转端，在氩气气氛下，缓慢靠近后短暂接触摩擦使得工件端面逐步升温，然后迅速分离至相距3mm位置处，主轴带动旋转工进端高速转动，转速为2200r/min，同时与夹持固定端钨镍铁棒焊接面接触，摩擦压力为30MPa，顶锻压力为190MPa，顶锻时间为6s，摩擦进给速度为3.4mm/s，顶锻速度为23mm/s。
[0050]将一次焊接后的W-Ni-Fe棒坯作为夹持固定端，第三根为工进旋转端，以相关的工艺参数再次进行焊接，得到超长规格W-Ni-Fe棒坯。
[0051]步骤6，真空热处理：
将上述步骤得到了W-Ni-Fe棒坯，在真空退火炉进行热处理，热处理的温度设置为900℃，保温时间为4h。
[0052]通过检测焊缝处与母体材料的室温力学性能可得到，母体材料的抗拉强度为975MPa，焊缝处边部抗拉强度889MPa，芯部抗拉强度831MPa。
[0053]对比例1
步骤1，制备小规格烧结棒坯：
本对比例将以传统旋转摩擦焊接法的操作为主，为进行最终性能的对比，本对比例在原料棒坯的制备、旋转摩擦焊参数、热处理工艺等均采用与实施例1相同。以牌号为90W-7Ni-3Fe、直径为φ60mm、长度为1350mm的W-Ni-Fe合金为最终目标棒材，按照牌号为90W-7Ni-3Fe的成分称取相应的W粉、Ni粉和Fe粉。原料粉体经混合、冷等静压压制、预烧结、烧结的传统粉末冶金过程，制备得到直径为φ60mm，长度为500mm的3根W-Ni-Fe棒坯，备用。
[0054]步骤2，端面机加工和清洗：
将上述步骤得到的小规格W-Ni-Fe合金棒坯，进行端面机加工，使得端面平整、粗糙度≤0.8μm，利用丙酮对机加工后的端面进行浸泡、清洗10分钟，然后再低温下烘干。
[0055]步骤3，旋转摩擦焊接：
将上述步骤得到的3根W-Ni-Fe棒坯中，其中第一根作为夹持固定端，第二根为工进旋转端，缓慢靠近后短暂接触摩擦使得工件端面逐步升温，然后迅速分离至相距3 mm位置处，主轴带动旋转工进端高速转动，转速为1500 r/min，同时与夹持固定端钨镍铁棒焊接面接触，摩擦压力为38MPa，顶锻压力为180 MPa，顶锻时间为6s，摩擦进给速度为3.2 mm/s，顶锻速度为26 mm/s。
[0056]将一次焊接后的W-Ni-Fe合金棒坯作为夹持固定端，第三根为工进旋转端，以相关的工艺参数再次进行焊接，得到超长规格W-Ni-Fe棒坯。
[0057]步骤4，真空热处理：
将上述步骤得到的W-Ni-Fe棒坯，在真空退火炉进行热处理，热处理的温度设置为700℃，保温时间为2h。
[0058]图2为对比例1制备的超长规格W-Ni-Fe合金棒材焊缝处在100μm尺度下的微观形貌照片。通过检测焊缝处与母体材料的室温力学性能可得到，母体材料的抗拉强度为930MPa，焊缝处边部抗拉强度471MPa，芯部抗拉强度227MPa。可见，直接将W-Ni-Fe棒坯进行旋转摩擦焊接，焊接后棒材在焊缝处的力学性能远低于母材，极大地限制了其应用。而本发明实施例1~实施例3中，机加工后，喷涂一定厚度的Ni-Fe涂层，高温氢气还原去除杂质后，在高速旋转摩擦焊接过程中，将两段的钨颗粒进行固溶、及颗粒重排，相当于焊缝处进行了短时间的二次烧结，再结合适宜的热处理工艺，消除焊接过程中产生的应力，以及去除表面残留的杂质，可大幅提升焊缝处的力学性能。与传统粉末冶金烧结法相比，本发明不需要大型设备，也避免了液相烧结过程大规格的坯料受自身重力的作用易出现塌陷变形的问题，本发明方法简单，且成功制备出超长规格W-Ni-Fe合金棒材，制备的棒材具有优异的力学性能，能够满足应用需求。
[0059]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。
说明书附图(2)
声明：
“超长规格W-Ni-Fe合金棒材的制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：西部金属材料股份有限公司
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2026年08月06日 ~ 08日 
