Transient Liquid-Phase Sintering Characteristic of W-Ni-Fe Alloy via Microwave-Assisted Heating

研究了W-Ni-Fe合金在2.45 GHz微波炉中瞬时液相烧结的致密化行为和力学性能。结果表明:微波辅助热场下的93W-Ni-Fe合金显示出优异的力学性能和快速的致密化过程,其压缩试样在1500℃下烧结5 min后,拉伸强度、延伸率、相对密度和硬度(HRC)分别是1200 MPa,16.6%,98.6%和42.0;在微波辅助热场下,试样烧结可以减少80%的烧结时间;微波辅助热场下的瞬时液相烧结有利于减少烧结时间,加快致密化过程,并且有利于钨晶粒的细化,获得组织均匀和综合性能高的W-Ni-Fe合金。     

W-Ni-Fe高比重合金液相烧结时的致密化

研究了W-Ni-Fe高比重合金烧结时的致密化,实验证明W-Ni-Fe合金烧结时的致密化过程具有液相烧结的特征,符合Kjngery提出的方程。目前生产的W-Ni-Fe合金中粘结相常采用Nj:Fe=7:3或Ni:Fe=1:1。针对这两种成分的合金我们研究了不同温度下的收缩率、密度变化与时间的关系,并讨论了其致密化机理。     

细晶钨合金的制备与动态失效行为

采用喷雾干燥-热还原的方法制备纳米级93W-4.9Ni-2.1Fe复合粉末,并以其为原料制备出含0.03%Y_2O_3(质量分数)的细晶钨合金,研究微量稀土掺杂对烧结致密化和显微组织的影响以及93W-4.9Ni-2.1Fe合金在动态压缩状态下的力学行为.结果表明:纳米级复合粉末在1 380～1 410 ℃之间液相烧结可实现材料的近全致密化,比同种成分的传统钨合金的烧结温度降低了120 ℃左右,合金的相对密度可达99%以上,且合金的晶粒尺寸为5 μm左右.与传统W-Ni-Fe合金相比,细晶W-Ni-Fe合金在高应变率下具有更高的合金强度和延性,同时,在较低应变率下有形成局部绝热剪切带的倾向;添加微量Y_2O_3能进一步提高细晶W-Ni-Fe合金的绝热剪切敏感性,有利于在较低应变率下形成绝热剪切带.     

微波烧结W-Ni-Fe高比重合金及其机理研究

对90W-7Ni-3Fe高比重合金微波烧结工艺进行了系统的研究,比较了合金在2种温度下的微波烧结与常规氢气烧结工艺的性能.结果表明:微波液相烧结比固相烧结效果好,但微波烧结试样的各项性能均低于常规烧结.微波液相烧结相对密度97.5%要比常规烧结相对密度99.2%低;前者的布氏硬度2500 MPa低于后者的2600 MPa;前者的抗拉强度694.21 MPa低于后者的776.97 MPa.1460 ℃微波固相烧结的性能明显偏低,其内部组织疏松且有大量孔洞,但其外层却相当致密,微观组织也较均匀;1480 ℃微波液相烧结的内部组织整体比较均匀,但致密化程度较低,其粘结相分布不均匀,断裂多为沿晶断裂,只有少量穿晶断裂.     

W-Ni-Fe合金的放电等离子烧结致密化与微观组织演变(英文)

采用放电等离子烧结(SPS)技术固结成形W-5.6Ni-1.4Fe(质量分数,%)混合粉末,研究不同加热速率对烧结致密化行为和微观组织演变规律的影响。结果表明,W-5.6Ni-1.4Fe合金的SPS致密化过程可以划分为三个阶段。初始不收缩阶段,快速加热导致粉末颗粒接触区产生瞬间放电,并在颗粒表面产生局部高温,强化后续烧结致密化;致密化过程主要发生在中期固相烧结阶段,缓慢加热有助于扩散更加充分;在后期瞬时液相烧结阶段,钨晶粒球化并迅速长大,且快速加热可获得更为细小的晶粒。     

粉末冶金Ti—NdAl合金烧结行为及组织性能的研究

用元素混合法研究了粉末冶金Ti-NdAl合金的烧结致密化行为及力学性能。结果表明,粉末冶金Ti-NdAl合金中由于稀土元素钕的存在,其烧结过程中出现液相,同时稀土钕对钛粉末表面氧有净化作用,二者促进了粉末钛的致密化过程。烧结密度可以达到99％以上。显微组织分析表明,粉末烧结Ti-NdAl合金是单相。相,随着钕含量的增加,晶粒细化。该合金烧结态试样中存在生长孪晶。对粉末冶金Ti-NdAl合金的室温力学性能检测结果表明,随着稀土钕含量的增加,Ti-NdAl合金室温拉伸强度不变,而塑性得到大幅度改善。Ti-1．6％Nd0．4％Al合金的强度为728MPa,延伸率为15％。     

保温时间对Micro-FAST制备TC4非标圆螺母致密化和性能的影响

基于多物理场活化烧结微成形技术(Micro-FAST)对TC4钛合金球形粉末进行烧结,制备出内径2 mm、外径4 mm、厚度1.5 mm的非标微型圆螺母零件,并研究了保温时间对烧结试样的致密化程度和力学性能的影响。在烧结温度1000℃、升温速率30℃/s、外压力75 MPa的条件下,当保温时间为360 s时试样的相对密度和平均纳米硬度最高,分别达到98.3%和6.699 GPa。适当地延长保温时间可以大幅减少烧结试样表面残余孔洞的数量,降低孔隙率,使微观组织更加均匀,从而提高致密化程度和力学性能。     

放电等离子烧结制备Ti-22Al-25Nb合金及致密化机理

以Ti-22Al-25Nb(摩尔分数,%)预合金粉末为实验初始原料,采用放电等离子烧结工艺(SPS)方法,在温度为950～1200℃,保温时间为10～20min,压力为35～80MPa的条件下制备晶粒小、组织致密的粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金。研究烧结温度、烧结压力和保温时间对预合金粉末致密化过程的影响,分析粉末的烧结致密化机理,揭示烧结温度、烧结压力和保温时间对Ti-22Al-25Nb烧结合金的相对密度、相组成、显微组织以及力学性能的影响规律,明确烧结合金的室温断裂机制。结果表明:经950℃、80MPa、10min烧结的Ti-22Al-25Nb合金相对密度达到99.43%,具有更优异的综合力学性能,其室温伸长率、屈服强度和抗拉强度分别达到9.38%、933.57 MPa和990.01 MPa。     

微波烧结工艺对钨基合金挤压棒坯显微组织及力学性能的影响

研究了微波烧结温度和时间对钨基合金挤压棒坯显微组织及力学性能的影响。采用高倍SEM和光学金相显微镜分别对合金断口和显微组织进行了形貌观察;对合金相对密度、抗拉强度、延伸率和硬度进行了测定和分析。结果表明:当微波烧结时间为30min时,随着烧结温度的升高,合金性能呈峰值变化,烧结温度为1550℃时,合金的力学性能达到极大值,相对密度、抗拉强度、延伸率和HRC硬度分别为98.3%、920MPa、9.7%和30.5;当微波烧结温度为1550℃时,随着烧结时间的延长,合金的力学性能先上升后下降;随着微波烧结温度的升高及微波烧结时间的延长,钨晶粒的尺寸逐渐增大。     

微波烧结WC-Co硬质合金致密化与晶粒生长

分别采用微波烧结和常规烧结制备WC-8Co硬质合金,通过1 000~1 400℃温度范围烧结以及1 400℃保温0~240 min的微波和常规烧结实验,测量各样品的收缩率、密度和晶粒尺寸,分析其致密化行为和晶粒生长,研究烧结温度和保温时间对合金致密化和晶粒生长的影响。结果表明,与常规烧结比较,微波烧结促进YG8硬质合金的致密化,且获得的合金组织均匀,晶粒细小。另外,保温时间对微波烧结YG8硬质合金的晶粒生长几乎没有影响。     

微量Y2O3对细晶W-Ni-Fe粉末烧结行为和显微组织的影响

采用喷雾干燥-热还原的方法制备纳米级93W-4.9Ni-2.1Fe复合粉末和微量稀土掺杂的复合粉末,研究微量稀土掺杂对烧结致密化和晶粒尺寸的影响.结果表明:微量稀土掺杂能有效地降低该复合粉末的晶粒尺寸,并能改善粉末的分散度;纳米级复合粉末在1380～1410℃液相烧结可实现材料的近全致密化,比同种成分的传统钨合金的烧结温度降低了120℃左右,合金的相对密度可达99%以上;但微量稀土掺杂对烧结的致密化有一定的抑制作用;同时微量稀土元素对合金的晶粒尺寸的抑制作用主要发生在液相烧结阶段.     

Mn对W-Ni-Fe合金性能的影响

通过液相烧结制备不同Mn含量的90%W-7%Ni-3%Fe合金,研究Mn对合金的烧结温度、保温时间和力学性能的影响。采用SEM观察试样断口形貌;利用金相显微镜观察样品显微组织并检测W晶粒尺寸;并对烧结试样的相对密度、抗拉强度和硬度等性能进行测定与分析。结果表明,当w(Mn)=0.25%时,1425℃保温1h,合金相对密度达到98.3%;1400℃保温45min,合金抗拉强度达到928MPa,硬度HRC达到37.2。W晶粒由20～25μm减少到12～15μm。Mn在相界面上生成的中间相,阻止了W原子在粘接相中的扩散,阻止了W晶粒长大,提高合金的力学性能。     

烧结温度和保温时间对微波制备WC-8Co硬质合金显微组织的影响(英文)

采用2.45GHz高功率多模腔微波炉制备WC8Co硬质合金,对压坯的收缩率和合金的显微组织进行研究。结果表明:液相温度出现在1300°C附近;在烧结温度1450°C下保温5min能获得几乎全致密的合金试样。微波烧结法制备的合金晶粒要比真空烧结制备的合金晶粒尺寸细小且分布更均匀。另外,WC晶粒的尺寸和分布主要取决于烧结温度;保温时间对合金晶粒的影响很小,无论在1450°C下保温多长时间WC平均晶粒的尺寸始终保持在2.7μm。     

添加VC与Cr_3C_2对超细晶硬质合金烧结过程的影响

系统研究晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2对WC-8%Co超细晶硬质合金烧结过程中收缩率、相变温度和晶粒长大的影响。研究表明,WC-8%Co超细晶硬质合金的烧结收缩和致密化过程主要发生在固相烧结阶段,在液相出现前,合金的致密化程度已达到95%。晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2的加入,显著降低了超细晶硬质合金烧结过程中液相出现的温度,且不同程度地阻碍了WC-8%Co超细晶硬质合金烧结过程中致密化的进程和速度。与未加入晶粒长大抑制剂的合金相比,其致密化的进程大约延迟80℃。     

Sn对TiAl基合金烧结致密化与力学性能的影响

以TiAl-8.5Nb预合金粉末为原料,添加1%Sn(原子分数)粉为强化烧结剂,采用无压烧结技术制备了高致密度的高铌TiAl合金,探究了Sn添加对TiAl基合金的烧结致密化过程、微观组织和力学性能的影响规律。研究表明:添加1%Sn可降低高铌TiAl合金粉末的烧结致密化温度,提高烧结坯的致密度及线性收缩率,从而有利于降低合金组织晶粒度,改善合金综合性能。添加Sn后,合金粉末经1500℃烧结2 h,其致密度可达到99.1%,线收缩率达到9.3%;合金显微组织为均匀细小的a2/g全片层结构,片层团尺寸为40~60μm;Sn主要固溶于g相中,使其轴比c/a及晶胞体积增大;所制备合金的Rockwell硬度为50.1 HRC,抗压强度为2938 MPa,屈服强度为680 MPa,压缩率为29.1%,其性能指标均高于未掺杂Sn元素的高铌TiAl基合金。     

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。     

W-Ni-Fe高密度合金的微波烧结

研究90W-7Ni-3Fe高密度合金的微波烧结工艺,探讨烧结温度和烧结时间等工艺参数对合金密度和力学性能的影响,并对W晶粒的生长规律进行分析.结果表明:该合金的微波烧结升温速度快,烧结周期短;微波烧结促进合金固结,在1 480 ℃,5 min条件下,获得相对密度为99.24%、拉伸强度为925 MPa和伸长率为23.64%的样品;在短时间内烧结时,微波烧结样品的W晶粒尺寸小于常规烧结的,但微波烧结样品的生长速率更快,微波烧结不宜过度延长烧结时间.     

cBN-WC-12Co硬质合金的SPS制备及强化机理研究左冬华,林晨光,谢兴铖,曹瑞军,林中坤

采用放电等离子体烧结（SPS）技术制备出cBN-WC-12Co硬质合金,分析了cBN的热稳定性,研究了cBN添加量和烧结温度对合金硬度和致密度的影响,并讨论了cBN强化机理。结果表明：cBN的热稳定性温度为1355℃,cBN-WC-12Co合金的烧结致密化最低温度在1150℃左右,当烧结温度为1250℃,cBN保持了较好的热稳定性,不发生相变;在相同烧结温度下,cBN-WC-12Co合金致密性均要好于WC-12Co合金;1150℃时合金C15的致密度和硬度（HV10）均达到最大值,分别为99.7%和1997;当cBN含量低于15vol%时,在一定程度上,cBN含量的增加有利于抑制合金中WC晶粒长大,并通过WC晶粒的毛细吸附促进合金致密化;合金中的cBN可以阻止裂纹等缺陷进一步扩展,有利于改善合金力学性能。     

钨合金粉末和烧结材料的热等静压工艺技术

针对93W-Ni-Fe材料研究钨重合金(WHA)粉末和烧结材料的热等静压(hot isostatic pressing,HIP)强化工艺,在不同的工艺下进行热等静压实验。结果表明,经热等静压强化处理后,93W-Ni-Fe试验件进一步致密化,相对密度和硬度显著提高,分散度明显减小,且其延性保持在较高水平;提高温度和压力都能在一定程度上提高材料的强度及延伸率和断面收缩率,但温度的提高对强化的影响更明显。对两种工艺进行对比,发现钨合金粉末材料的直接热等静压成形试件的性能指标远小于烧结棒材,可通过提高温度得到一定程度的提高,但最优温度压力参数还需探索。     

六方-BN对非晶前驱体制备不含添加剂的Si3N4/SiC复合材料相变的影响（英文）

Si3N4/SiC纳米复合材料由于具有优良的力学和热性能,广泛应用于涡轮发动机、热交换器和其他复杂情况中。然而,不添加添加剂很难制备出Si3N4/SiC复合材料。添加剂在烧结过程形成液相从而促进复合材料的致密化。然而,添加剂的存在降低了复合材料的高温力学性能。通常在不添加添加剂的情况下,采用电场辅助烧结,利用聚合物前体路线制备Si3N4/SiC复合材料。本研究中,在无添加剂、温度1700°C、真空50MPa条件下,热压烧结2h,利用非晶前体路线成功制备了六方-BN致密化的Si3N4/SiC复合材料。聚合物前驱体和BN的作用减少了的SiC含量。并对相变、致密化、微观组织和力学性能进行了讨论。