元素及其化合物对钨基高密度合金性能的影响

详细分析了钴、钼、锰、铬、锡等主要合金元素及铝、钛、铈等微量元素在钨基高密度合金中的分布状况及其化合物对合金性能的影响。合金元素在合金中的作用表现为细化晶粒；强化粘结相：强化钨晶粒；改善粘结相与钨颗粒的湿润性，提高界面结合力；改变杂质元素的存在形式与分布状态。综述了磷、氮、氢、氧、硫和碳等杂质元素在合金相中的存在状况及其化合物在相界面上的分布特点。磷主要以单质或化合物的形式偏析于界面，增加合金的脆性，但其也能提高烧结的活化性能。氢也会导致脆性；氧通常会降低钨晶粒与粘结相界面的结合强度；少量的碳可降低磷的偏析，碳含量增加时，会使合金的动态拉伸强度下降。     

热处理对低W-W连接度W-Cu-Zn合金静、动态力学性能的影响

采用钨粉表面化学镀铜与SPS固相烧结2种工艺相结合的方法,制备出具有低W-W连接度特征及以黄铜作为粘结相的W-Cu-Zn合金,研究了热处理工艺对合金组织与性能的影响。微观分析表明所制备出的W-Cu-Zn合金中,钨颗粒均匀分布在黄铜粘结相中,粘结相为α相Cu-Zn固溶体。热处理后钨与黄铜粘结相的两相分布没有发生变化,但力学性能变化显著,经870℃随炉冷却热处理后,W-Cu-Zn合金硬度(HV)由1438 MPa提高至1723 MPa,准静态压缩加载时抗断裂强度由650 MPa提高至750 MPa,临界失效应变由0.18增大至0.26,静态力学性能显著提高。动态压缩加载时抗断裂强度由710 MPa提高到900 MPa,临界失效应变由0.24提高到0.4,动态力学性能显著提高。机理分析表明,热处理前W-Cu-Zn合金的黄铜粘结相中存在Zn元素分布不均的现象,经870℃随炉冷却热处理后黄铜粘结相中Zn元素分布的均匀性大幅度提高,这是合金力学性能提高的原因之一;此外,热处理后黄铜粘结相中形成了大量细小弥散分布的Cu_3Zn析出相,起到弥散强化作用,这是合金的强度显著提高的另一个原因。     

W-Ni-Fe合金微观组织与冲击性能研究

在不同混料时间相同烧结工艺下制备了两件钨合金。采用金相显微镜、扫描电子显微镜以及能谱技术对两件钨合金的微观组织以及成分进行了表征,并对其进行了冲击性能测试。微观组织观察表明两件钨合金晶粒形貌、尺寸差别不大,钨颗粒晶粒尺寸介于10⁵0μm。微区成分测试表明两件样品钨颗粒微区成分基本相同,而粘结相区差别较大。混料时间较长的钨合金粘结相区W元素含量较高,Ni、Fe、Co元素含量较低;而混料时间较短的钨合金微区成分正好相反。冲击韧性测试表明混料时间较长的钨合金冲击韧性明显降低。冲击断口显示混料时间较长的钨合金粘结相区撕裂棱较短,而混料时间较短的钨合金粘结相区撕裂棱较长。     

微波烧结钨合金挤压棒材的微观结构及动态力学性能研究

采用分离式Hopkinson动态压缩装置对微波烧结93W-4.9Ni-2.1Fe合金棒材切割试样进行了动态力学性能研究,采用扫描电镜、光学电镜和纳米压痕硬度仪分别对合金试样微观组织和显微硬度进行了表征和测试。结果表明:微波烧结试样在受到冲击压缩时,钨晶粒与粘结相都发生均匀变形;应变率为2200s-1时,合金的最大应力为2587MPa,钨晶粒和粘结相显微硬度分别为8.716和6.267GPa;当应变速率为2200s-1时合金粘结相变形产生明显热软化效应,在与冲击力呈45°的方向形成了绝热剪切带,位于剪切带中心区域的钨晶粒沿其扩展方向发生变形被拉成纤维状。     

95W-3.5Ni-1.5Fe合金高温性能、组织及断裂机制

研究了95W-3.5Ni-1.5Fe合金在400～1100℃范围内的高温拉伸力学性能及其断口特征,并分析了其断裂机制.结果表明:合金的抗拉强度及屈服强度均随温度升高而降低,延伸率和断面收缩率随温度升高呈现先增加后降低的关系,600℃时延伸率和断面收缩率达到最大值.对其断口分析结果表明:在400～600℃范围内,由于钨相发生了塑脆转变,钨颗粒塑性提高使得两相协调变形能力增强,合金塑性提高.而当温度升高到700℃以上,粘结相发生动态再结晶软化,钨相和粘结相界面结合强度大幅度下降,外加应力不能由粘接相传递到钨颗粒,其两相协调变形能力变差,导致合金强韧性急剧下降.     

真空烧结制备90W-Ni-Fe高密度钨合金的性能与显微结构

采用真空烧结法制备90W-7Ni-3Fe高密度钨合金,通过材料试验机、SEM、XRD等表征了材料的性能与显微结构。结果表明:钨合金的相对密度、强度、塑性均随烧结温度升高先上升后下降,1 440℃烧结试样的性能最佳,其相对密度、抗弯强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率分别为99.2%、1 920.5 MPa、1 086.7 MPa、22.8%和24.4%。钨合金单纯由体心立方的钨相和面心立方的Fe3Ni2固溶体相组成,未出现其他杂质相。在1 360~1 460℃的烧结温度范围内,随温度的升高,钨合金断裂形态依次发生以下转变:沿晶脆性断裂、穿晶脆性断裂、韧窝韧性断裂、粘接相撕裂韧性断裂和穿晶脆性断裂。     

机械合金化和添加微量Y2O3对制备细晶钨合金

采用机械合金化、添加微量Y2O3和冷等静压、液相烧结工艺制备Ф25mm的晶粒度为3～4μm的细晶93W-4.9Ni-2.1Fe(质量分数%,下同)合金棒材,研究粉末机械合金化、添加微量Y2O3、烧结温度和保温时间对合金棒材烧结致密化和显微组织的影响。结果表明:在1480℃液相烧结时钨晶粒发生明显球化,在此温度下降低保温时间对控制钨晶粒长大有较大影响,保温时间为30min时,钨晶粒尺寸为5～8μm;保温时间为60min时,钨晶粒为8～10μm。添加微量稀土氧化物Y2O3可以进一步有效地抑制晶粒的长大,降低合金的钨晶粒尺寸和提高组织均匀性,在1480℃烧结60min时,钨晶粒为3～4μm,而且晶粒尺寸分布更均匀。     

微波和传统氢气烧结对93W-Ni-Fe正挤压棒坯结构和力学性能的影响

分别研究93W-Ni-Fe d15 mm挤压棒坯在1 550℃、30 min微波烧结和1 550℃、120 min传统氢气烧结后烧结态的结构及力学性能,并对两种烧结样品芯部的物相及主要元素含量、相对密度、抗拉强度、硬度和伸长率进行测量和分析。结果表明:微波烧结样品中钨的平均晶粒尺寸比传统氢气烧结的小,粘结相中的钨含量比传统烧结的高;断口中部分钨晶粒与粘结相之间存在微裂纹;微波烧结样品硬度为33.8HRC,略高于传统氢气烧结的硬度,其相对密度、抗拉强度和伸长率与传统氢气烧结的接近;对于大尺寸钨合金样品的微波烧结,需要进一步优化微波烧结工艺才能获得比传统氢气烧结更优的结构和力学性能。     

SPS循环热处理对93W-4.9Ni-2.1Fe合金组织和性能的影响

基于放电等离子烧结(SPS)技术对烧结态的93W-4.9Ni-2.1Fe高密度钨合金进行真空循环热处理,并通过光学显微镜、SEM、EDS和三点弯曲实验分析循环热处理对合金的显微组织、成分和力学性能的影响规律。结果表明,随着循环次数的不断增加,粘结相渗入W-W界面不断增多,W-W连接度和二面角不断降低,而钨晶粒尺寸变化较小;粘结相则因W含量的增加得到了固溶强化,进而致使合金的硬度有所提高。合金的抗弯强度在循环2次后明显提高,当循环次数增加到20次后,合金的平均抗弯强度达到2321 MPa,相比液相烧结后淬火处理的合金提高了约160 MPa。因此,SPS循环热处理可以明显改善93W-4.9Ni-2.1Fe高密度钨合金的组织和力学性能。     

退火温度对挤压态细晶钨合金性能及组织演变的影响

采用稀土微合金化和液相强化烧结技术制备细晶93W-4.9Ni-2.1Fe+0.03%Y合金。研究在快速热挤压形变强化后,时效热处理对挤压态细晶93W-4.9Ni-2.1Fe+0.03%Y合金显微硬度和组织演变的影响,并与相应条件的传统钨合金进行对比。结果表明,随着退火温度的升高,2种钨合金钨相的显微硬度大大降低。EDS分析表明,随着退火温度的升高,钨合金粘结相中钨含量逐渐增加,其中细晶钨合金经过1200 ℃退火处理后,粘结相钨含量高达26.11%,而传统钨合金在1350 ℃退火处理后含量最高,达到28.14%。显微组织观察表明,退火有利于降低W-W连接度和细化钨颗粒;与传统钨合金相比,高温退火后,细晶钨合金的粘结相体积比更高且分布更为均匀     

W-CoCrNi合金的烧结致密化及其组织与性能

本文采用粉末冶金技术制备以Co Cr Ni中熵合金为黏结相的W-Co Cr Ni高密度钨合金,研究黏结相含量和烧结温度(1300～1500℃)对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：烧结态合金组织由W相、Co Cr Ni相、Co₇W₆相和亚微米富Cr颗粒组成。随着烧结温度的升高,合金致密度随之升高。合金在1500℃以下烧结时,致密化机制主要为固相烧结机制,固相烧结驱动力主要来自于表面能的降低和Co₇W₆新相的形成。当烧结温度达1500℃时,合金致密化机制主要为液相烧结机制,致密化过程包含W向Co Cr Ni熔体中的溶解和扩散、Co₇W₆相析出和钨颗粒球化三个阶段。1500℃烧结温度下制备的75W-Co Cr Ni和95W-Co Cr Ni合金的压缩屈服强度分别为1060 MPa和1602 MPa,75W-Co Cr Ni合金在压缩应变超过50%时仍未断裂。随着Co Cr Ni黏结相含量的增加,合金致密度随之升高,压缩变形能力增加,但压缩屈服强度降低。     

球磨时间对无粘结相超细硬质合金组织及性能的影响

采用传统粉末冶金方法在1 850℃真空烧结条件下制备了无粘结相超细硬质合金,研究了球磨时间对无粘结相超细硬质合金组织及性能的影响。结果表明:球磨时间对无粘结相超细硬质合金组织及性能有显著的影响,延长球磨时间有助于合金的烧结致密化,降低烧结体孔隙度;而延长球磨时间对合金WC平均晶粒度和粒度组成影响不明显;在WC粉末配碳量不足时,烧结后的合金中产生W_2C相,并且W_2C相含量随着球磨时间的延长而逐渐增加;随着球磨时间的延长,合金的硬度(HV_(10))先增加然后趋于稳定,合金的断裂韧性随球磨时间的变化不明显。当球磨时间为84 h时,合金的综合性能最佳,维氏硬度(HV_(10))为2 590 kg/mm~2,断裂韧性为6.7 MPa·m~(1/2)。     

80W-10Ta-7Ni-3Fe高密度合金研究

用金相显微镜，扫描电镜，X射线衍射及密度测定，研究了90W-7Ni-3Fe和80W-10Ta-7Ni-3Fe2种成分合金。结果表明，含Ta合金在1400℃烧结时密度可达96.3％，合金密度随烧结温度提高而增加，在1460℃时密度达到最大；Ta原子固溶到硬质相W和粘结相中，使得合金硬度明显提高；含Ta合金断口形貌中，粘结相呈沿晶断裂、W晶粒穿晶断裂及其脱出具有相当比例；Ta粉末粒度对合金力学性能、微观组织及断裂方式均产生显著影响。     

高密度W—Cr烧结合金的生产及钯对其氧化特性的影响

细的W—Cr合金粉是用钨和Cr_2O_3的粉末混合物经碳和氢还原而生产的。这种粉末表现了极好的致密性,在压力为4吨/厘米~2时很容易成形,同时,坯块表现出极好的烧结性能。合金坯在1500℃的氢气中烧结3小时,密度可超过理论密度的95%。虽然烧结合金由富钨和富铬的粗晶粒组成,但在随后的1200℃、5小时的条件下退火后,这种粗粒就变得细而均匀。合金铬含量可达30%(重量)。这种合金在1000～1200℃的空气中具有良好的抗氧化性。但在1200～1300℃时就氧化。     

热处理对TC21合金组织形貌演变的影响

研究固溶温度及冷却速率对TC21合金组织演变的影响,采用定量软件对组织特征参数、晶粒大小、α相面积和片层厚度,及初生α相面积和次生α相厚度进行定量表征。结果表明,β相区处理时,随着固溶温度的升高,晶粒尺寸增大,且炉冷(FC)条件下晶粒长大的程度比包覆冷却(BC)的大(FCBC)。两相区热处理时,随着两相区热处理温度的升高(800～850℃),α相的总面积增加;在900～930℃固溶后,包覆冷却条件下,初始次生α相逐渐消失,α相总面积减小,而炉冷后,新的"羽毛"片状α相从β基体中大量析出,α相总面积反而增加。从动力学理论角度分析冷却速率对晶粒尺寸及α相体积分数变化的机制。     

GH864合金显微组织与力学性能的关联性

通过对GH864合金进行不同的固溶处理及时效处理,研究合金中g￠相的含量变化规律及碳化物回溶析出规律,及其对合金晶粒度的影响和对拉伸性能、蠕变性能及裂纹扩展性能的影响。结果表明,相同热处理制度下,晶粒越均匀细小,强度越高;晶粒尺寸越大,裂纹扩展速率越低;在960~1080 ℃范围内,g￠相含量随固溶温度的升高而降低,经过时效处理后g￠相含量趋于一致,此过程冷却介质对g￠相含量影响不显著;g￠相和碳化物交互作用影响合金晶粒尺寸长大,在1020 ℃以下固溶处理,晶粒长大十分缓慢。此外,合金的晶粒度尺寸对蠕变性能影响显著,存在最佳晶粒度以使性能发挥最优。     

等温退火对纤维相复合强化Cu-12%Ag合金组织、力学性能及电导率的影响

通过冷变形拉拔并结合中间热处理制备了纤维相增强的Cu-12%Ag合金线材.通过不同温度下退火不同时间,研究了等温过程对Cu-12%Ag合金组织性能的影响.200℃等温退火时强化相仍能基本保持纤维形态,强度略有下降,电导率略有上升.300℃等温退火时纤维相界面局部迁移,退火初期合金电导率较快上升而强度较快下降,随后电导率上升或强度下降速率变缓.400℃等温退火时组织发生明显再结晶和晶粒粗化,退火初期合金电导率剧烈上升而强度剧烈下降,随时间延长,强度下降趋势变缓而电导率达到最高值后略有下降.可以用纤维组织的回复、再结晶、次生相析出及溶质原子溶解等因素在等温退火过程中的变化来分析材料组织、性能的变化.     

90W-7Ni-3Fe纳米晶粉末的瞬时液相强化烧结特征

采用机械合金化(MA)制备了晶粒尺寸为8～18 nm的90W-7Ni-3Fe纳米晶粉末(MA粉末).将粉末注射成形,在1 480～1 500℃经3～5 min瞬时液相烧结.结果表明,采用瞬时液相强化烧结可以得到W晶粒为3～8 μm近全致密的细晶钨合金,显微组织为细小的球形W晶粒均匀地连续分布在纤维状粘结相中,烧结坯具有好的拉抻性能.长时间的传统液相烧结使球状W晶粒迅速粗化,而且密度和强度下降,但延伸率反而增加.在MA粉末中添加微量Y2O3后采用瞬时液相烧结,可以使合金抗拉强度提高到1 055 MPa,延伸率提高到16.5%.     

热挤压、冷扭转复合工艺制备钨合金的绝热剪切敏感性

对烧结态93W-4.5Ni-2.1Fe-0-35Co钨合金进行热挤压变形强化,获得纤维组织,再通过冷扭转变形调整纤维状钨颗粒的取向,对压、扭复合工艺制备的钨合金进行动态雎缩性能测试和绝热剪切敏感性的分析,并与烧结态和冷扭转态钨合金作对比研究.结果表明,热压、冷扭复合工艺制备的钨合金在具备高屈服强度的同时,具备了较高的绝热剪切敏感性.微观分析表明,热压、冷扭复合工艺改变了条状粘结相组织的受力状态和分布状态,从而导致钨合金绝热剪切敏感性的提高.     

再生高密度钨合金的性能

采用氧化-还原法回收钨合金切削废料,用回收粉末及镍、铁元素粉配制成91W-6Ni-3Fe系高密度合金的混合粉,经压制、脱胶、烧结制得再生高密度钨合金.结果表明:所得再生合金的性能同非回收粉末所制备的合金性能相当,再生钨合金的密度随着烧结温度的升高而先升高后有所降低,最大密度为17.12 g/cm3,硬度随着烧结温度的升高而降低;当烧结温度为1 440℃时再生合金的强度和塑性达到较好的配合,抗拉强度为922.95MPa,延伸率为20.18%;经真空热处理后,再生钨合金性能得到改善,抗拉强度和延伸率得到不同程度的提高,抗拉强度比热处理前提高了约6.44%,延伸率比热处理前提高了约43.42%.