姚蘭 常哲

摘要：鎢基高密度合金因具有高密度和優(yōu)異的力學(xué)性能而得到了廣泛的應(yīng)用。本文采用掃描電鏡、室溫拉伸和室溫沖擊等手段，系統(tǒng)地研究了熱處理對(duì)鎢基高密度合金力學(xué)性能的影響。鎢基高密度合金熱處理實(shí)驗(yàn)證實(shí)，真空退火、固溶淬火對(duì)鎢基高密度合金力學(xué)性能有顯著的影響。真空退火能有效地提高合金的力學(xué)性能，這是由于真空退火能減少氫氣燒結(jié)態(tài)合金中的氫脆，并且使鎳和鐵在鎢中的擴(kuò)散層增厚，界面結(jié)合力提高，從而提高了界面結(jié)合強(qiáng)度，合金力學(xué)性能顯著提高。

關(guān)鍵詞：高密度合金熱處理性能

1 緒論

高密度鎢合金是一類以鎢為基，并添加有Ni、Fe、Mn、Co等元素的合金，其密度高達(dá)16.5～19.0g/cm3。高密度鎢合金不僅密度大，而且還具有一系列優(yōu)異的性能，例如強(qiáng)度高、硬度高、延性好、機(jī)械加工性能好、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)大、抗氧化和抗腐蝕性能好、可焊性好等。這些優(yōu)異的性能使其在尖端科技領(lǐng)域、軍事和民用工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 鎢基高密度合金的研究現(xiàn)狀

鎢基高密度合金是由基體相和粘接相形成的兩相組織合金。鎢合金必須具有一個(gè)良好的微觀組織才可以提高其韌性和強(qiáng)度，我們主要通過(guò)熱處理來(lái)構(gòu)建其圍觀組織。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)常用的熱處理技術(shù)包括循環(huán)熱處理、固溶淬火熱處理、化學(xué)熱處理、氬氣氣氛熱處理、形變熱處理和真空熱處理等。

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 合金原料

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3.2 鎢基高密度合金的制備

制備鎢基高密度合金，其制備工藝過(guò)程如下所述：

①合金成分設(shè)計(jì)及配料：參照各項(xiàng)研究?jī)?nèi)容科學(xué)設(shè)計(jì)合金成分。

②混料：以設(shè)定的合金成分的化學(xué)配比，采用鎢粉、鎳粉、鐵粉進(jìn)行配比后，在鋼質(zhì)V型混料機(jī)中進(jìn)行混料，混料用球?yàn)橛操|(zhì)合金球，球料比為1：1，球磨時(shí)間為8小時(shí)。

③捏合：將混好的料放入捏合機(jī)，捏合溫度為100-

120℃，捏合時(shí)間為30分鐘。

④降溫過(guò)篩：將捏合完的料置于溫度為25℃的空調(diào)房?jī)?nèi)，溫度達(dá)到室溫后，過(guò)40目篩。

⑤成形：本實(shí)驗(yàn)采用普通模壓成形，壓制方式為單向陰模浮動(dòng)壓制。

⑥脫脂：脫脂在氮?dú)庹质矫撝瑺t內(nèi)進(jìn)行。

⑦氫氣燒結(jié)：對(duì)照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用相應(yīng)的燒結(jié)工藝。

⑧熱處理：分別做真空退火和固溶淬火處理，具體熱處理工藝將在以后各章節(jié)中詳細(xì)闡述。

⑨監(jiān)測(cè)、分析。

4 性能檢測(cè)

4.1 抗拉強(qiáng)度檢測(cè)

在LJ-3000A型機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測(cè)試，拉伸速率為1mm/min，相應(yīng)的應(yīng)變速率為1.1×10-3

s-1?？估瓘?qiáng)度σb為σb=■ （4-1）

式中：F為斷裂載荷，S為試樣截面積。

4.2 伸長(zhǎng)率檢測(cè)

借助抗拉試樣進(jìn)行合金延性測(cè)試，其室溫伸長(zhǎng)率σ為σ=■×100%（4-2）

式中：l為試樣斷后長(zhǎng)度，l■為試樣斷前長(zhǎng)度。

4.3 沖擊韌性檢測(cè)

在擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)上借助10×10×55無(wú)缺口試樣進(jìn)行沖擊性能測(cè)試。沖擊韌性αk=■（4-3）

式中：A■為沖擊功，SN為試樣截面積。

5 熱處理對(duì)W-Ni-Fe系合金力學(xué)性能的影響

5.1 真空退火對(duì)W-Ni-Fe系合金力學(xué)性能的影響

5.1.1 實(shí)驗(yàn)方案

在實(shí)驗(yàn)中，以鐵粉、鎳粉和鎢粉為原料，參照表5-1的成分配比來(lái)制備合金；通過(guò)常規(guī)氫氣燒結(jié)法燒制W-Ni-

Fe系燒結(jié)態(tài)合金，制作好后將燒結(jié)態(tài)合金進(jìn)行真空退火。真空退火時(shí)升溫速率為5℃/min，并于1200℃保溫2小時(shí)后爐冷，真空度為0.01Pa。

5.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：真空退火態(tài)合金力學(xué)性能

由表5-1所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，經(jīng)真空退火后合金的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率得到顯著提高，沖擊韌性無(wú)明顯變化。

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5.2 固溶淬火對(duì)W-Ni-Fe系合金力學(xué)性能的影響

5.2.1 實(shí)驗(yàn)方案

制備合金的原料同上，成分配比參見表5-2。同樣先通過(guò)常規(guī)氫氣燒結(jié)法燒制W-Ni-Fe系燒結(jié)態(tài)合金，再將燒結(jié)態(tài)合金進(jìn)行固溶淬火。固溶淬火實(shí)驗(yàn)是在1200℃充滿氬氣的溫度環(huán)境中保溫2h再水淬。

5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：固溶淬火態(tài)合金力學(xué)性能

表5-3為固溶淬火態(tài)合金的力學(xué)性能測(cè)量結(jié)果。分析表中內(nèi)容得知，合金Ni/Fe比無(wú)論設(shè)定為7/3還是9/1，固溶淬都能大幅提高其沖擊韌性與合金力學(xué)性能，但是從性能的優(yōu)越性方面來(lái)比較，Ni/Fe比設(shè)定為9/1的合金的性能明顯優(yōu)于7/3的合金。

6 結(jié)論

①真空退火消除了合金中的氫脆現(xiàn)象，粘結(jié)相在鎢中的擴(kuò)散層厚度增加，使界面結(jié)合強(qiáng)度大幅提高，因而真空退火有助于改善合金性能。

②合金中鎢-鎢界面處在固溶淬火后呈現(xiàn)出另一種成分類似于基體的新相——韌性相，使界面結(jié)合強(qiáng)度及合金力性能大幅提高。

③經(jīng)固溶淬火后，Ni/Fe比為7/3和9/1的合金強(qiáng)度和韌性大大提高，但Ni/Fe比為9/1時(shí)合金的力學(xué)性能明顯優(yōu)于Ni/Fe比為7/3的合金的力學(xué)性能。

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