W-34Ni-5Fe合金的流动温压成形

流动温压工艺是一项以短流程低成本制造复杂几何形状零件的粉末冶金新工艺。该文作者自行设计并制造了一套流动温压成形横向流动能力及横向压力测量装置,用于研究流动温压专用混合粉末的制备,考察压制速度、温度及轴向压力对W-34Ni-5Fe混合粉末横向成形能力的影响。结果表明,该混合粉末在一定的温度下具有横向流动的能力,横向压力随压制速度和轴向压力增大而增大;横向距离愈长,横向压力愈小,将混合粉末加热到粘结剂的熔点温度96℃时横向压力最大。实验初步证明了流动温压成形十字形粉末冶金零件的可行性。

稀土钇对纳米粉90W-7Ni-3Fe合金烧结特性的影响

以喷雾干燥H2还原法制备的纳米级90W7Ni3Fe复合粉末为原料,研究了不同稀土Y含量对试样烧结特性的影响,采用扫描电镜和金相仪器分别对断口进行了形貌观察和W晶粒粒度测试;并对烧结样的相对密度、抗拉强度、延伸率等性能进行了测定与分析。研究结果表明:不添加稀土Y时,试样在液相烧结时容易出现孔洞和气泡,导致试样力学性能偏低;当添加稀土Y后,烧结样中没有孔洞和气泡,添加04%～0.6%稀土Y(质量百分数)时,合金相对密度、抗拉强度和延伸率分别为99.6%、1080MPa和17.6%;添加0.4%Y后,W晶粒从原来的20～25μm减小到10～12μm,W晶粒由不加稀土时的球形变为近球形或多边形,且随稀土含量的增加其影响作用更明显;在相界或晶界上形成了W13.07Ni2.96Fe1.52Y23.65Ox(摩尔比)的中间相,阻止了W原子在粘结相中的扩散及W晶粒的长大。建立了合金中W颗粒的三层微观结构模型。

稀土Y对纳米粉90W-Ni-Fe合金性能和微观结构的影响

采用SEM和金相仪器对添加不同Y量的纳米粉90W-7Ni-3Fe合金试样断口进行形貌观察和W晶粒测试;并对烧结态试样的相对密度、抗拉强度、延伸率等性能进行测定与分析。结果表明:当Y量在0.2%~0.6%(质量百分数,下同)时,试样相对密度为99.2%~99.6%,抗拉强度为1000MPa^1100MPa,延伸率为16%~19.5%;添加0.4%Y后,W晶粒从原来的20μm^25μm减小到12μm,W晶粒形状由不加稀土时的球形变为近球形或多边形。添加0.4%Y后,在界面上形成了W13.07Ni2.96Fe1.52Y23.65Ox(摩尔数比)的中间相,其阻止了W原子在粘结相中的扩散,阻止了W晶粒长大,细化了W晶粒,提高了合金的性能。

微量Re对93W-4.9Ni-2.1Fe合金性能及微观组织的影响

采用经高能球磨的超细93W-4.9Ni-2.1Fe预合金粉末,并添加少量的Re,经压制,烧结制取试样。研究Re对93W-4.9Ni-2.1Fe合金性能和微观组织的影响。用机械式拉力试验机测量试样拉伸强度,用扫描电镜观察试样拉伸断口的形貌,用金相显微镜对试样显微组织进行测试分析。结果表明:当添加0%~0.8%Re(质量分数,下同)时,随着Re添加量的增加,合金的相对密度稳定在99.43%~99.49%,烧结样品延伸率从不加Re时的26.47%降至0.8%Re时的14.71%,合金的抗拉强度由不加Re时的1025MPa增加到0.8%Re时的1142MPa,合金拉伸断口收缩率由不加Re时的20.45%降至0.8%Re时的10.91%;随着Re含量的增加,合金中W晶粒的穿晶解理断裂的比例增加,而粘结相延性断裂的比例减少;随着Re含量的增加,合金中W晶粒尺寸明显减小,由不加Re时的40μm^45μm减小到添加0.8%Re时的20μm^25μm。

循环热处理对90W-7Ni-3Fe高密度钨合金力学性能的影响

研究了循环热处理对90W-7Ni-3Fe高密度钨合金力学性能的影响。结果表明,经循环热处理的合金试样其抗拉强度及冲击韧性明显提高,但延伸率有所下降。通过扫描电镜(SEM)对合金试样断口进行观察,探讨了氩气氛下循环热处理对合金力学性能影响的机理。

95W-5(Ni/Fe/Co)合金高温变形及影响因素

通过温度、应变速率对95W-5(Ni/Fe/Co)合金流变应力曲线的影响,分析了该合金的变形特点.结果表明:该合金在200℃～600℃温度范围内变形时,初始加工硬化十分显著.宏观上表现为合金的屈服强度较高.95W-5(Ni/Fe/Co)合金在700℃～1300℃的流变应力曲线有一明显的特点就是曲线的斜率变小,而且出现短暂稳定态的流动.这是由于粘结相发生动态回复的结果.此外该合金的高温塑性亦随应变速率的增大而增加.扫描电镜分析结果从微观上验证了该合金高温塑性变化的原因.

MA制备93W-4.9Ni-2.1Fe超细预合金粉末的烧结特性研究

为了改善93W-4.9Ni-2.1Fe合金的力学性能,对MA制备93W-4.9Ni-2.1Fe超细预合金粉末的烧结特性进行了研究。采用比表面吸附法测算了预合金粉末粒度,用X射线衍射仪对粉末晶粒尺寸进行测算,扫描电镜观察球磨粉末和试样拉伸断口的形貌,用金相显微镜对试样显微组织进行观察。结果表明:球磨50h后可得到粒度为0.29μm、晶粒尺寸为25.5nm、各元素分布均匀的超细93W-4.9Ni-2.1Fe预合金粉末;球磨50h的预合金粉末在1480℃烧结90min压坯,钨晶粒呈球形或近球形;合金抗拉强度、延伸率和相对密度分别为1025.4MPa,26.47%和99.45%,合金呈钨晶粒的穿晶解理断裂和粘结相的延性撕裂。

95W-5(Ni/Fe/Co)合金的低温显微组织和力学性能①

分析了95W 5(Ni/Fe/Co)合金的粉末冶金工艺特点及低温显微组织与力学性能,给出了力学性能与温度的关系曲线。通过对合金拉伸试样断口的扫描电镜分析,揭示了该合金低温力学性能与组织变化的微观本质。结果表明:95W 5(Ni/Fe/Co)合金室温下具有较高的强度及一定的塑性;该合金低温脆化的主要原因是由于屈服强度随温度的降低而增加,钨颗粒过早解理及粘结相变形极小引起的;95W 5(Ni/Fe/Co)合金的冷脆性转变温度在-50℃左右,此时脆性断裂以钨颗粒的自身解理为主。

微量稀土Y对细晶93W-4.9Ni-2.1Fe合金性能的影响

采用溶胶-喷雾干燥-热还原法制备了添加微量稀土Y的93W-4.9Ni-2.1Fe复合粉末,将粉末在不同温度下经不同保温时间烧结,研究了微量稀土Y对93W-4.9Ni-2.1Fe复合粉末的氧含量、合金的显微组织和性能的影响。结果表明:添加微量稀土元素Y的合金试样需要在更高的温度下才能达到理想的氧含量;微量稀土Y使合金致密度稍有降低,但使合金中钨晶粒尺寸明显细化,其作用机理主要是稀土元素抑制了液相烧结时钨晶粒的长大。

93W-4.9Ni-2.1Fe合金的力学性能及断裂行为研究

以93W-4.9Ni-2.1Fe高比重钨合金为研究对象,系统研究了不同粒度钨粉制备的93W-4.9Ni-2.1Fe合金在1415~1550℃温度下烧结后的力学性能,并分析了热处理工艺对钨合金力学性能的影响及钨合金的断裂行为。结果表明:随着烧结温度的升高,烧结态钨合金的力学性能均表现为先增大后减小再增大的规律,在1500~1510℃烧结时钨合金的力学性能出现突然下降;6.0μm粗钨粉制备的钨合金的力学性能整体比相同烧结温度下细钨粉制备的钨合金高;93W-4.9Ni-2.1Fe合金在氢气气氛中高温烧结后再在氮气气氛下进行固溶+淬火热处理可以显著提高力学性能;钨合金的力学性能与其断裂行为有关,断口形貌为钨晶粒高度的穿晶解理断裂和粘结相延性断裂时合金表现为高强韧性。

退火时间对Mn-16Cu-5Ni-6Fe阻尼合金的微观组织和力学性能的影响

采用X射线衍射仪、扫描电镜、维氏硬度仪以及万能实验机对热处理Mn-16Cu-5Ni-6Fe阻尼合金的相组成和微观组织进行观察,并对力学性能进行测试,最后对Mn-16Cu-5Ni-6Fe合金的微观组织和力学性能进行研究。结果表明,在相同温度不同退火时间下,Mn-16Cu-5Ni-6Fe合金的Mn相发生了转变;也就是从退火时间20 min增加到退火时间40 min时,三斜晶系的Mn相完全转变为四方晶系的Mn相;而从退火时间40 min增加到退火时间60 min时,少量的四方晶系的Mn相转变为三斜晶系的Mn相。随着退火时间的延长,显微组织趋近于均匀,晶粒尺寸逐渐减小,晶粒得到了细化;而合金的组织基本没有变化,表明退火时间对显微组织影响较小。合金在退火时间20 min的条件下,合金具有较高的硬度、强度和伸长率,即退火处理后的合金具有较优异的力学性能。

纳米级90W-7Ni-3Fe复合粉末的烧结特性

以喷雾干燥 H2还原法制备的纳米级90W 7Ni 3Fe复合粉末为原料,采用模压成型并在800℃保温120min的条件下对试样进行预烧,研究了试样在不同烧结温度和不同烧结时间下的烧结特性,采用高倍SEM和光学金相分别对断口进行了形貌观察和钨晶粒测试;对烧结样的相对密度、抗拉强度、延伸率等性能进行了测定与分析。结果表明:保温时间为120min时,随着烧结温度的提高,试样的性能有显著的变化,当烧结温度为1390℃时,试样的抗拉强度和延伸率都达到一个极大值,分别为900MPa和13%,此时试样的相对密度为99.0%;当烧结温度为1390℃时,随着烧结时间的延长,试样的性能也有显著的变化,试样的抗拉强度、延伸率和相对密度都达到一个极大值;平均钨晶粒度为15～20μm,钨晶粒呈球形或近球形;复合粉末烧结活性高,比传统烧结温度降低80～120℃;试样中出现了W30.73Ni40.21Fe29.06过渡相。

纳米级90W-7Ni-3Fe复合粉末的低温烧结机制

采用DTA研究了喷雾干燥-H2还原法制备的纳米级90W-7Ni-3Fe复合粉末随温度升高时熔点和相的变化,依此为根据研究了试样在不同烧结温度和不同烧结时间下的烧结特性。采用扫描电子显微镜和金相仪分别对试样断口进行了形貌观察和W晶粒测试,并对烧结样的性能进行了测定与分析。研究结果表明:保温时间为120min时,随着烧结温度的提高,试样的性能有显著的变化,当烧结温度为1390℃时,试样的抗拉强度、延伸率和相对密度都达到一个极大值,分别为888.3MPa,12.9%和99.0%;当烧结温度为1390℃时,随烧结时间的延长,试样的性能也有显著的变化,试样的抗拉强度、延伸率和相对密度在保温120min时都达到一个极大值;平均W晶粒度为20μm,W晶粒呈球形或近球形;复合粉末烧结活性高,比传统烧结温度降低80℃;粉末中高的氧含量和在干氢中的烧结,使得试样在液相烧结时容易出现孔洞和气泡,W晶粒和粘结相分布不均匀,致使试样力学性能偏低。

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%.

RECRYSTALLIZATION OF SWAGED W-Ni-Fe HEAVY ALLOY DURING ANNEALING TREATMENT

Annealing treatment has a strong effect on mechanical Properties of cold worked tungsten-nickel-iron heavy alloys. A 93W-4.5Ni-2.5Fe alloy swaged 15% was annealed from 500 to 1350℃ to investigate the changes in microstructure and their effects on mechanical properties. Recrystallization of W particles takes place during annealing treatments above 800℃ and the microhardnesses reduces rapidly. High density of dislocations in the, matrix phase after annealing treatment at 1350℃ suggests that recrystallization of the matrix phase has not taken place. A small decrease in microhardness of the matrix phase is caused by recovery during the annealing treatments.The changes in mechanical properties of swaged and annealed 93W-4.5 Ni-2.SFe alloy are mainly due to the changes in microstructure of W particles because of their recrystallization.

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。

真空热处理对93W-5Ni-2Fe高比重合金力学性能的影响

针对特殊用途的规格为Ф50 mm的93W-5Ni-2Fe高比重合金制品本体取样出现力学性能偏低的原因进行了真空热处理试验分析验证,研究真空热处理对其显微组织及力学性能的影响。结果表明:热处理不充分是造成93W-5Ni-2Fe高比重合金产品性能偏低的主要原因,经真空热处理后,合金的力学性能得到了提高,其抗拉强度大于900 MPa、伸长率大于15%、硬度为27 HRC;未真空热处理的合金断裂机制为以钨-钨界面分离为主的脆性断裂,经真空热处理后,合金的断裂机制为典型钨颗粒穿晶解理,伴随部分粘结相撕裂。

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%Y2O3(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1380～1410℃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5μm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Y2O3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。

线能量密度对电子束增材制造W-Ni-Fe合金致密化过程的影响

采用粉床型电子束增材制造技术制备了90W-7Ni-3Fe高比重钨基合金,研究了不同的线能量密度对合金的显微组织及致密化过程的影响。结果表明:电子束增材制造成形的90W-7Ni-3Fe合金的组织由W颗粒和Ni-Fe固溶体粘结相组成,粘结相内溶解了一定量的W,随着线能量密度的增大,粘结相的含量及其内部W的含量增大;在不同的线能量密度下合金的致密化过程略有不同:在低的线能量密度下(0. 24 J/mm),合金的致密化过程主要是钨颗粒的粘结,随着线能量密度的升高(0. 3~0. 75 J/mm),出现了W颗粒的重排和W在Ni-Fe固溶体里的溶解-析出,随着能量密度继续增大(1. 0 J/mm),出现了一定量的钨颗粒的熔化和低熔点元素Ni、Fe的挥发,且随着钨在粘结相中的含量升高,合金的固溶强化作用增强,显微硬度相应提高。

放电等离子烧结时间对高密度W-7Ni-3Fe合金组织性能的影响

利用放电等离子烧结技术制备高密度W-7Ni-3Fe合金,研究了烧结保温时间对合金致密度、物相、显微组织以及力学性能的影响。结果表明,在1200℃烧结5-14 min后,合金均能实现充分致密化,保温时间对相对密度影响较小。合金中的W晶粒随保温时间的延长开始尺寸变化不大,烧结11 min以上才明显长大,但大多数W晶粒尺寸仍小于5μm。烧结时间超过8min,合金中新出现一种灰色的富W组织。随保温时间延长,合金的洛氏硬度下降不大,然而抗弯强度却明显上升。合金弯曲断口形貌在较短保温时间以沿晶断裂为主,粘结相的延性撕裂和W晶粒的解理断裂随烧结时间延长逐渐增多。