钨基高密度合金热处理力学性能研究

钨基高密度合金热处理力学性能的研究

摘要：钨基高密度合金因具有高密度和优异的力学性能而得到了广泛的应用。本文采用扫描电镜、室温拉伸和室温冲击等手段，系统地研究了热处理对钨基高密度合金力学性能的影响。钨基高密度合金热处理实验证实，真空退火、固溶淬火对钨基高密度合金力学性能有显著的影响。真空退火能有效地提高合金的力学性能，这是由于真空退火能减少氢气烧结态合金中的氢脆，并且使镍和铁在钨中的扩散层增厚，界面结合力提高，从而提高了界面结合强度，合金力学性能显著提高。

关键词：高密度合金热处理性能

1 绪论

高密度钨合金是一类以钨为基，并添加有ni、fe、mn、co等元素的合金，其密度高达16.5～19.0g/cm3。高密度钨合金不仅密度大，而且还具有一系列优异的性能，例如强度高、硬度高、延性好、机械加工性能好、热膨胀系数小、导热系数大、抗氧化和抗腐蚀性能好、可焊性好等。这些优异的性能使其在尖端科技领域、军事和民用工业中得到了广泛的应用。

2 钨基高密度合金的研究现状

钨基高密度合金是由基体相和粘接相形成的两相组织合金。钨合金必须具有一个良好的微观组织才可以提高其韧性和强度，我们主要通过热处理来构建其围观组织。现阶段，国内常用的热处理技术包括循环热处理、固溶淬火热处理、化学热处理、氩气气氛热处理、

形变热处理和真空热处理等。

3 实验方法

3.1 合金原料

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3.2 钨基高密度合金的制备

制备钨基高密度合金，其制备工艺过程如下所述：

①合金成分设计及配料：参照各项研究内容科学设计合金成分。

②混料：以设定的合金成分的化学配比，采用钨粉、镍粉、铁粉进行配比后，在钢质v型混料机中进行混料，混料用球为硬质合金球，球料比为1：1，球磨时间为8小时。

③捏合：将混好的料放入捏合机，捏合温度为100-

120℃，捏合时间为30分钟。

④降温过筛：将捏合完的料置于温度为25℃的空调房内，温度达到室温后，过40目筛。

⑤成形：本实验采用普通模压成形，压制方式为单向阴模浮动压制。

⑥脱脂：脱脂在氮气罩式脱脂炉内进行。

⑦氢气烧结：对照实验内容采用相应的烧结工艺。

⑧热处理：分别做真空退火和固溶淬火处理，具体热处理工艺将在以后各章节中详细阐述。

⑨监测、分析。

4 性能检测

4.1 抗拉强度检测

在lj-3000a型机械式拉力试验机上进行抗拉强度测试，拉伸速率为1mm/min，相应的应变速率为1.1×10-3

s-1。抗拉强度σb为σb=■（4-1）

式中：f为断裂载荷，s为试样截面积。

4.2 伸长率检测

借助抗拉试样进行合金延性测试，其室温伸长率σ为σ=■×100%（4-2）

式中：l为试样断后长度，l■为试样断前长度。

4.3 冲击韧性检测

在摆锤式冲击实验机上借助10×10×55无缺口试样进行冲击性能测试。冲击韧性αk=■（4-3）

式中：a■为冲击功，sn为试样截面积。

5 热处理对w-ni-fe系合金力学性能的影响

5.1 真空退火对w-ni-fe系合金力学性能的影响

5.1.1 实验方案

在实验中，以铁粉、镍粉和钨粉为原料，参照表5-1的成分配比来制备合金；通过常规氢气烧结法烧制w-ni-

fe系烧结态合金，制作好后将烧结态合金进行真空退火。真空退火时升温速率为5℃/min，并于1200℃保温2小时后炉冷，真空度为0.01pa。

5.1.2 实验结果：真空退火态合金力学性能

由表5-1所示实验结果可以看出，经真空退火后合金的抗拉强度、伸长率得到显著提高，冲击韧性无明显变化。

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5.2 固溶淬火对w-ni-fe系合金力学性能的影响

5.2.1 实验方案

制备合金的原料同上，成分配比参见表5-2。同样先通过常规氢气烧结法烧制w-ni-fe系烧结态合金，再将烧结态合金进行固溶淬火。固溶淬火实验是在1200℃充满氩气的温度环境中保温2h再水淬。

5.2.2 实验结果：固溶淬火态合金力学性能

表5-3为固溶淬火态合金的力学性能测量结果。分析表中内容得知，合金ni/fe比无论设定为7/3还是9/1，固溶淬都能大幅提高其冲击韧性与合金力学性能，但是从性能的优越性方面来比较，

ni/fe比设定为9/1的合金的性能明显优于7/3的合金。

6 结论

①真空退火消除了合金中的氢脆现象，粘结相在钨中的扩散层厚度增加，使界面结合强度大幅提高，因而真空退火有助于改善合金性能。

②合金中钨-钨界面处在固溶淬火后呈现出另一种成分类似于基体的新相——韧性相，使界面结合强度及合金力性能大幅提高。

③经固溶淬火后，ni/fe比为7/3和9/1的合金强度和韧性大大提高，但ni/fe比为9/1时合金的力学性能明显优于ni/fe比为7/3

的合金的力学性能。

参考文献：

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