鎢基高密度合金燒結(jié)力學性能的研究

常哲 姚蘭

摘要：鎢基高密度合金因具有高密度和優(yōu)異的力學性能而得到了廣泛的應用。本文采用掃描電鏡、室溫拉伸和室溫沖擊等手段，系統(tǒng)地研究了燒結(jié)方式對鎢基高密度合金力學性能的影響。試驗結(jié)果表明，氫氣燒結(jié)態(tài)合金的抗拉強度隨著W含量由90%增加到95%時有所提高，而當W含量進一步提高時，合金的抗拉強度略有降低。伸長率和沖擊韌性隨著W含量由90%增至97%時逐步減小。真空燒結(jié)不僅能避免氫氣燒結(jié)時所引起的氫脆現(xiàn)象，而且可以改善液相對固相的潤濕性，因此真空燒結(jié)態(tài)合金的力學性能高于氫氣燒結(jié)態(tài)合金。

關鍵詞：高密度合金燒結(jié)性能

1 緒論

憑借高密度、高強度的優(yōu)點，鎢基高密度合金在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應用，并且在國防工業(yè)中占據(jù)著主導性地位。隨著工業(yè)化進行的不斷加快，人們對鎢基高密度合金的性能提出更高要求。提高鎢基高密度合金的綜合性能被東歐各國專家學者的普遍關注，通過對鎢基高密度合金的應用背景進行研究分析，在對鎢基高密度合金研究現(xiàn)狀的基礎上，闡述了本文寫作的目的、意義和內(nèi)容。

2 研究現(xiàn)狀

對鎢基高密度合金進行燒結(jié)，傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝為液相燒結(jié)。通過采用液相燒結(jié)對鎢基高密度合金進行燒結(jié)時，由于燒結(jié)溫度比較高，導致晶粒長大，并且在燒結(jié)時固/液密度存在很大的差別，在重力的影響喜愛引發(fā)黏性流動，導致鎢晶粒出現(xiàn)聚集，進一步發(fā)生嚴重的坍塌變形。進行鎢基高密度合金燒結(jié)時，對性能、組織的均勻性都有較高的要求。

3 實驗方法

3.1 合金原料。制備鎢基高密度合金的原料，其部分性能指標如下表3-1所示。

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3.2 制作鎢基高密度合金。鎢基高密度合金的制備工藝如下：

3.2.1 設計合金成分和配料。根據(jù)相應的研究內(nèi)容對合金成分進行設計。

3.2.2 混料。合金混料的化學成分配比根據(jù)實驗設計進行，參照表3-1的原料進行配比后，在鋼質(zhì)V型混料機中進行混料，混料用球為硬質(zhì)合金球，球料比為1：1，球磨時間為8小時。

3.2.3 捏合：將混好的料放入捏合機，捏合溫度為100-120℃，捏合時間為30分鐘。

3.2.4 降溫過篩：將捏合完的料置于溫度為25℃的空調(diào)房內(nèi)，溫度達到室溫后，過40目篩。

3.2.5 成形：本實驗采用普通模壓成形，壓制方式為單向陰模浮動壓制。

3.2.6 脫脂：脫脂在氮氣罩式脫脂爐內(nèi)進行。

3.2.7 燒結(jié)：燒結(jié)工藝根據(jù)實驗內(nèi)容不同而進行選擇。

3.2.8 監(jiān)測、分析。

4 性能檢測

4.1 抗拉強度檢測。在LJ-3000A型機械式拉力試驗機上測量抗拉強度，拉伸速率為1mm/min，相應的應變速率為1.1×10-3s-1。抗拉強度σb為：σb=■

式中：F為斷裂載荷，S為試樣截面積。

4.2 伸長率檢測。合金延性通過以抗拉試樣測試的方式進行。其室溫伸長率σ為：σ=■×100%

式中：l為試樣斷后長度，l■為試樣斷前長度。

4.3 沖擊韌性檢測。對沖擊性能的測量是在通過擺錘式?jīng)_擊實驗機上進行的。采用10×10×55無缺口試樣對沖擊性能進行測試。沖擊韌性αk為：αk=■

式中：AK為沖擊功，SN試樣截面積。

4.4 觀察掃描電鏡。借助JSM-5600LV型和KYKY-2800型掃描顯微鏡對拉伸試樣及沖擊試樣斷口進行分析。

5 燒結(jié)方式對W-Ni-Fe系合金力學性能的影響

5.1 實驗方案 根據(jù)表5-1所示，進行對實驗所用原料鎢粉、鎳粉、鐵粉的設計。W-Ni-Fe系高密度合金分別采用氫氣燒結(jié)和真空燒結(jié)的方法進行制備，氫氣燒結(jié)采用雙溫區(qū)的鉬絲推桿爐，一區(qū)850℃、二區(qū)1500℃，推舟速度45min/舟，真空燒結(jié)時升溫速率為8℃/min升到1200℃

保溫40min，再以5℃/min升到1500℃保溫60min，隨爐冷卻，真空度為0.01Pa。

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5.2 實驗結(jié)果

5.2.1 合金顯微組織及斷口形貌。不同氣氛中燒結(jié)的95W-3.5Ni-1.5Fe合金拉伸斷口形貌如圖5-2所示。由圖可以看出，氫氣燒結(jié)態(tài)合金的斷口呈現(xiàn)出典型的沿晶斷裂形貌，斷裂方式以鎢-鎢斷裂和鎢-粘結(jié)相斷裂為主要形式，另外，鎢-粘結(jié)相界面處有少量微孔。

5.2.2 檢測合金力學性能。在表5-3中分列了氫氣燒結(jié)、真空燒結(jié)態(tài)合金力學性能的檢測結(jié)果，可以看出真空燒結(jié)態(tài)合金的力學性能優(yōu)于氫氣燒結(jié)態(tài)合金，其抗拉強度和伸長率都較氫氣燒結(jié)態(tài)合金均有不同程度的提高，但沖擊韌性略低于氫氣燒結(jié)態(tài)合金。

6 結(jié)論

6.1 真空燒結(jié)和氫氣燒結(jié)都屬于液相燒結(jié)，進行燒結(jié)時遵守“擴散-溶解-析出”的機制。

6.2 通過真空進行燒結(jié)，一方面消除氫脆的影響；另一方面有效地改善了液相對固相顆粒的潤濕作用。同氫氣燒結(jié)相比，在一定程度上提高了合金密度和力學性能。

6.3 同氫氣燒結(jié)態(tài)合金相比，真空燒結(jié)態(tài)合金的抗拉強度得到了有效的提高，但是伸長率變化不明顯，沖擊韌性略有降低。

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