一种高温合金调节器及其制备方法与流程

本申请涉及自动步枪调节器的技术领域，更具体地说，它涉及一种高温合金调节器及其制备方法。

背景技术：

自动步枪实现自动的常见方式有后坐式和导气式。其中，导气式的自动方式是通过分流部分火药气体来推动活塞从而实现自动。导气式的自动步枪中，用于调节分流气体量的部件为调节器，调节器上设置有供火药燃气通过的调节孔。

在自动步枪使用的过程中，调节器上的调节孔不仅会受到火药燃烧气流带来的高温、高压和高速冲刷，而且还会受到火药气流中的多种气体成分造成的化学侵蚀。调节器不同于枪管，枪管在武器的全生命周期中是可更换的，而调节器在武器的全生命周期中则是不可更换的，调节器的使用寿命决定了自动步枪的使用寿命。

随着科学技术的不断发展，对自动步枪的射击速度、火力密度的需求更高，调节器将面临更高的温度、压力和摩擦。面对更高的温度、压力和摩擦，调节器上调节孔的烧蚀磨损情况会更严重。当调节器的调节孔烧蚀磨损至直径扩大20％后，调节器便会失效。目前，自动步枪的调节器多采用镀cr钢制成，其使用寿命不超过8000发，使用寿命较低，不能满足该领域人员对调节器使用寿命的要求。

技术实现要素：

为了提高调节器的使用寿命，本申请提供一种高温合金调节器及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高温合金调节器的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高温合金调节器的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)电极的浇铸：利用真空感应熔炼技术，将高温合金浇铸，形成电极；浇铸温度为1400-1500℃；

(2)高温合金粉末的制备：利用氩气雾化工艺将步骤(1)制得的电极制成高温合金粉末；

(3)喂料的制备：将步骤(2)制得的高温合金粉末和粘结剂均匀混合，形成喂料；

(4)注射成型：将步骤(3)制得的喂料注射到模具型腔内，形成注射坯；

(5)催化脱脂：将步骤(4)制得的注射坯进行硝酸催化脱脂，形成脱脂坯；

(6)烧结：将步骤(5)制得的脱脂坯在真空环境或保护气氛下进行烧结，获得烧结坯；烧结温度为1150-1300℃，保温时间为3-6h；

(7)保温保压：将步骤(6)制得的烧结坯置于高温高压环境下，保温保压处理，获得调节器；处理时间大于3h。

通过采用上述技术方案，本申请制备获得的调节器的射击寿命得到明显延长。利用上述方法制备调节器的过程中，先将铸态高温合金浇铸成自耗电极，并控制浇铸温度在1400-1500℃的范围内。然后将自制电极制备成高温合金粉末，利用粘结剂将高温合金粉末制备成喂料，经过将喂料注射成型、催化脱脂和烧结，形成烧结坯态的调节器；最后经过保温保压处理，获得调节器。

在自制电极的浇铸中，铸态高温合金经过1400-1500℃的高温浇铸，高温合金内部的一次碳化物由骨架结构变成等轴的颗粒状，故相比铸态高温合金，浇铸获得的自耗电极的塑性获得了显著提高，因而利用经过上述自耗电极最终制备的调节器的塑性也获得了显著提高。将自制电极制备成高温合金粉末，利用粘结剂将高温合金粉末制备成喂料，然后进行喂料的注射成型、催化脱脂和烧结。在上述过程中，将烧结温度控制在为1150-1300℃，烧结的保温时间为3-6h。通过上述操作步骤，能够使得制备的调节器获得优异的机械性能。面对自动步枪射击过程中，高温气体对调节器的冲刷和烧蚀磨损，本申请制备的调节器能够很好地抵抗因高温导致的火药烧蚀和高温气体冲刷导致的机械磨损，降低调节器表层的开裂和脆化，故能够有效延长调节器的使用寿命，从而进一步延长设置该调节器的自动步枪的使用寿命。

相关技术中，自动步枪密集射击的过程中，由于残留高温燃气对枪管的冲刷，枪管内壁的温度最高可达到1000℃。而调节器的调节孔处的温度则会比枪管内壁的温度更高。此外，调节器还要承受自高温到常温或者自常温到高温的热循环，导致调节器表面频繁收缩膨胀，引起调节器表层开裂和脆化。因此，相对镀cr钢调节器的使用寿命，本申请制备的调节器的使用寿命得到显著提高，同等条件下，本申请的调节器的使用寿命可达20000-21000发，而镀cr钢调节器的使用寿命最高仅能达到8000发。本申请调节器的使用寿命提高了近3倍。

在一个实施方案中，电极的浇铸温度还可以是1430℃、1460℃、1400-1430℃、1400-1460℃、1430-1460℃、1430-1500℃、1460-1500℃。

在一个实施方案中，步骤(6)烧结中的保温时间还可以是4.5h、3-4.5h、4.5-6h。

优选的，所述步骤(3)喂料的制备中，粘结剂为(按重量百分比计)：聚甲醛65-80％、聚乙烯7-15％、聚丙烯9-13％、硬脂酸4-7％。

在一个实施方案中，聚甲醛还可以是75％、65-75％、75-80％。

在一个实施方案中，聚乙烯还可以是10％、7-10％、10-15％。

在一个实施方案中，聚丙烯还可以是10％、9-10％、10-13％。

在一个实施方案中，硬脂酸还可以是5％、4-5％、5-7％。

通过采用上述技术方案，粘结剂的选择是粉末注射成型工艺中的重要环节，本申请利用聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯以及硬脂酸按照适当的比例形成粘结剂，并且经过试验分析，获得了较好的粘结剂配方，能够显著提高调节器的机械性能，从而能够提高调节器的使用寿命。其中，通过聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯以及硬脂酸的协配作用，使得粘结剂与高温合金粉末制成的调节器的机械性能获得了显著提高。

优选的，所述步骤(3)喂料的制备中，高温合金粉末和粘结剂的重量比值范围为：8.6-9.2。

在一个实施方案中，高温合金粉末和粘结剂的重量比值可以为：8.75、9.05、8.6-8.75、8.6-8.9、8.6-9.05、8.75-8.9、8.75-9.05、8.75-9.2、8.9-9.05、8.9-9.2、9.05-9.2。

通过采用上述技术方案，将喂料制备过程中高温合金粉末与粘结剂的添加比例控制在上述范围内，能够使得制备的调节器的机械性能获得显著提高，从而使得制备的调节器的使用寿命获得显著提高。

优选的，所述步骤(4)注射成型中，注射成型的注射压力为80-200mpa，注射温度为100-200℃。

在一个实施方案中，注射成型的注射压力可以是120mpa、160mpa、120mpa、80-120mpa、80-160mpa、120-160mpa、120-200mpa、160-200mpa。

在一个实施方案中，注射成型的注射温度可以是140℃、170℃、100-140℃、100-170℃、140-170℃、140-200℃、170-200℃。

通过采用上述技术方案，在注射成型步骤中，将注射压力和注射温度分别控制在上述范围内，能够进一步提高制备的调节器的机械性能，从而进一步显著提高制备的调节器的使用寿命。

优选的，所述步骤(5)催化脱脂中，催化脱脂的条件为：硝酸的流量为2～5ml/min，催化温度为80～120℃，脱脂时间为10-18h。

在一个实施方案中，硝酸的流量可以是3.5ml/min、2-3.5ml/min、3.5-5ml/min。

在一个实施方案中，催化温度可以是100℃、80-100℃、100-120℃。

在一个实施方案中，脱脂时间可以是14h、16h、10-14h、10-16h、14-16h、14-18h、16-18h。

通过采用上述技术方案，在催化脱脂步骤中，将催化脱脂的条件分别控制在上述范围内，能够再进一步提高制备的调节器的机械性能，从而再进一步显著提高制备的调节器的使用寿命。

优选的，所述步骤(7)保温保压中，高温高压环境为：温度为1150-1250℃，压力为100-150mpa。

通过采用上述技术方案，在保温保压步骤中，将高温高压的环境控制在上述范围内，通过试验分析可得，上述参数控制能够更进一步提高制备的调节器的机械性能，从而更进一步显著提高制备的调节器的使用寿命。

优选的，所述步骤(1)电极的浇铸中，浇铸形成的电极直径为60-100mm。

在一个实施方案中，浇铸形成的电极直径还可以是80mm、60-80mm、80-100mm。

优选的，一种高温合金调节器的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)电极的浇铸：利用真空感应熔炼技术，将高温合金浇铸，形成电极；浇铸温度为1400-1500℃；浇铸形成的电极直径为60-100mm；

(2)高温合金粉末的制备：利用氩气雾化工艺将步骤(1)制得的电极制成高温合金粉末；

(3)喂料的制备：将步骤(2)制得的高温合金粉末和粘结剂均匀混合，形成喂料；粘结剂为(按重量百分比计)：聚甲醛65-80％、聚乙烯7-15％、聚丙烯9-13％、硬脂酸4-7％；高温合金粉末和粘结剂的重量比值范围为：8.6-9.2；优选的，高温合金粉末和粘结剂的重量比值范围为：8.6-8.9；

(4)注射成型：将步骤(3)制得的喂料置于粉末注射成型机中，并注射到模具型腔内，形成注射坯；注射成型的注射压力为80-200mpa，注射温度为100-200℃；

(5)催化脱脂：将步骤(4)制得的注射坯进行硝酸催化脱脂，形成脱脂坯；催化脱脂的条件为：硝酸的流量为2～5ml/min，催化温度为80～120℃，脱脂时间为10-18h；优选的，脱脂时间为14-16h；

(6)烧结：将步骤(5)制得的脱脂坯在真空环境或保护气氛下进行烧结，获得烧结坯；烧结温度为1150-1300℃，保温时间为3-6h；

(7)保温保压：将步骤(6)制得的烧结坯置于温度为1150-1250℃、压力为100-150mpa的环境下，保温保压处理，获得调节器；处理时间大于3h，优选为3-5h。

其中，氩气雾化工艺利用雾化设备进行高温合金粉末的制备，雾化设备包括熔炼室、雾化塔和旋风分离器。氩气雾化工艺中，氩气雾化压力为2mpa。

第二方面，本申请提供一种高温合金调节器，采用如下的技术方案：

利用上述制备方法制得的一种高温合金调节器。

高温合金可以是牌号为6的高温合金。

通过采用上述技术方案，利用本申请的制备方法制备调节器时，原料可以选择高温合金，具体可以选择碳化物强化钴基高温合金，例如牌号为6的高温合金。其他高温合金也可以作为本申请的制备方法的原料。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、利用本申请的制备方法制得的调节器，其能够降低自动步枪使用过程对调节器上调节孔的烧蚀磨损，削弱调节器表层的开裂和脆化，机械性能能够获得显著提升，故能够有效延长调节器的使用寿命，从而进一步延长设置该调节器的自动步枪的使用寿命。相对镀cr钢调节器的使用寿命，本申请制得的调节器的使用寿命提高了近3倍。同等条件下，本申请的调节器的使用寿命可达20000发以上，而相关技术中镀cr钢调节器的使用寿命最高仅能达到8000发。

2、经过试验分析，本申请获得了较好配比的粘结剂，将粘结剂种类控制在上述范围内，能够显著提高调节器的机械性能，从而能够提高调节器的使用寿命。

3、在上述基础上，经过试验分析，在形成喂料时，将高温合金粉末和粘结剂的比例控制在上述范围内，能够再进一步提高调节器的机械性能，从而再进一步提高调节器的使用寿命。

附图说明

图1是本申请提供的制备方法的流程图。

具体实施方式

基于相关技术中镀cr钢调节器失效原因的分析，本申请开发了一种高温合金调节器及其制备方法。较相关技术中镀cr钢调节器的使用寿命，本申请调节器的使用寿命获得显著延长。本申请制得的调节器能够很好地抵抗火药燃烧气流对调节器的烧蚀，故可有效延长调节器的使用寿命，从而进一步延长设置该调节器的自动步枪的使用寿命。

以下结合附图、实施例1-35、对比例以及调节器的检测试验结果对本申请作进一步详细说明。

实施例1-35

实施例1-35分别提供了高温合金调节器的制备方法。

高温合金调节器的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)电极的浇铸：利用真空感应熔炼技术，将高温合金浇铸，形成电极；

(2)高温合金粉末的制备：利用氩气雾化工艺将步骤(1)制得的电极制成高温合金粉末；

(3)喂料的制备：将步骤(2)制得的高温合金粉末和粘结剂均匀混合，形成喂料；

(4)注射成型：将步骤(3)制得的喂料置于粉末注射成型机中，并注射到模具型腔内，形成注射坯；

(5)催化脱脂：将步骤(4)制得的注射坯进行硝酸催化脱脂，形成脱脂坯；

(6)烧结：将步骤(5)制得的脱脂坯在真空环境或保护气氛下进行烧结，获得烧结坯；

(7)保温保压：将步骤(6)制得的烧结坯置于高温高压环境下，保温保压处理。

上述实施例所提供的高温合金调节器的制备方法中，各步骤参数不同，其中，实施例1-12对应的调节器的制备方法中的各步骤参数如表1所示，实施例13-24对应的调节器的制备方法中的各步骤参数如表2所示，实施例25-35对应的调节器的制备方法中的各步骤参数如表3所示。

上述实施例所提供的高温合金调节器的制备方法中，均以牌号为6的高温合金为原料。

表1实施例1-12的调节器制备方法中的各步骤参数

表2实施例13-24的调节器制备方法中的各步骤参数

表3实施例25-35的调节器制备方法中的各步骤参数

对比例

本对比例所提供的调节器为相关技术中自动步枪所用的镀cr钢调节器。

检测试验

(一)力学性能检测

以实施例1-34的制备方法制备的调节器以及铸态(即热变形加工前)6高温合金为检测对象，在1000℃下进行性能测试；分别以jb/t7705-1995、gb/t228.1-2010《金属材料拉伸试验》第2部分：高温试验方法为依据，进行耐磨性能、拉伸性能检测，并与铸态6高温合金的相应性能进行对比。检测结果如表4所示。

表4实施例1-35的调节器以及铸态高温合金的力学性能检测结果

由表4可知，利用实施例1-35的制备方法制得的调节器具有优异的耐磨性能和拉伸性能。其中，实施例34制备的调节器的体积损失为23.2mm³，磨损系数为0.0090，抗拉强度为267mpa，屈服强度为169mpa，延伸率为19.8％。将实施例1-35制备的调节器与铸态碳化物强化钴基高温合金进行耐磨性能和拉伸性能两项参数的对比，可知，在1000℃的高温环境下，本申请制备的调节器的耐磨性能和拉伸性能，较铸态碳化物强化钴基高温合金的耐磨性能和拉伸性能具有明显优势，使得制备的调节器具有优异的耐磨性能和拉伸性能，进而有利于提高调节器的使用寿命。

(二)寿命检测试验

检测对象：实施例1、实施例34以及对比例制备的调节器。

检测方法：利用设置有上述调节器的自动步枪进行打靶试验，射击距离为100m，测试上述各调节器的射击寿命，并记录。

检测结果：上述六种调节器的射击寿命检测结果如表5所示。

表5三种调节器的射击寿命检测结果

结合实施例1、实施例34、对比例以及表5中的射击寿命检测结果，可以看出，本申请实施例1、实施例34制备的调节器的射击寿命均大于20000发，而对比例中的镀cr钢调节器的射击寿命分别仅为7200-7350发。根据“性能检测”中“(一)力学性能检测”的结果可得出，本申请其他实施例制备的调节器的射击寿命也均大于20000发。由上述结果可知，本申请制备的调节器射击寿命超过镀cr钢调节器射击寿命的2倍以上。本申请制备的调节器的使用寿命较相关技术中镀cr钢调节器的射击寿命获得显著提高。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。