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退火温度对轧制态钨合金组织及性能的影响

退火温度对轧制态钨合金组织及性能的影响

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高密度钨合金具有高密度、较好的强度与韧性配合而成为军事工业和民用工业重要的材料之一,尤其是作为动能穿甲弹、平衡配重元件、惯性元件、射线屏蔽用材料等得到了广泛的应用。WNiFe合金由于其具有良好的射线屏蔽作用,在医疗行业得到广泛应用,但由于目前生产手段多采用等静压压制和模压压制,然后采用线切割方式加工成薄板,给生产带来很多麻烦和对原料的浪费。钨合金变形方面的研究有钨合金的锻造、静液挤压和轧制等,但轧制变形态钨合金的硬度大、脆性高,给后期加工带来很多不便。笔者以轧制态的95WNiFe合金为研究对象,分析了不同退火温度对合金的显微组构及力学性能的影响。

实验选用的原料是还原钨粉、电解镍粉和羰基铁粉。三种粉末按95W3.5Ni1.5Fe(质量分数)的比例在三维混料机中混合均匀。混料后掺入粘结剂,采用模压压制成形,压坯经过脱蜡后采用液相烧结得到了烧坯尺寸为130mm×105mm×3.86mm,材料相对密度达到99%以上,采用JM250可逆冷轧机对烧结坯料进行单向轧制,经过多道次,最终材料变形量达到89.9%,观察烧结态和变形态材料的显微组织,对变形态的95WNiFe合金分别采用800℃、1000℃、1200℃和1450℃四种不同温度退火,退火时间为1h,并对不同退火温度的合金样进行了性能测试,并观察了显微组织形貌,分析了退火温度对变形态合金的力学性能及显微组织的影响。

烧结态钨基高密度合金是由钨颗粒硬质相和Ni-Fe粘结相组成,钨颗粒成近似球形均匀分布在粘结相中,如对轧制变形量为89.9%的板材沿着纵剖面即轧制的主要变形方向取样观察显微组织形貌,如图2。变形态与烧结态相比,经过变形后钨颗粒明显被拉长,而且随着变形量的增大钨颗粒的长短轴比呈逐渐增大趋势,粘结相也随着变形量的增大逐渐被拉长。?

钨合金经变形强化后,为了取得更优异的综合性能及提高机加工性能,一般会对合金进行真空退火处理,为了找到最合适的退火温度,分别在800℃、1000℃、1200℃和1450℃,保温时间为1h,对轧制态95WNiFe钨合金进行退火,分别是不同温度退火态合金的显微组织形貌,经800℃和1000℃退火处理后,合金的显微组织没有发生改变,仍然保持轧制态的显微组织形貌,钨颗粒和粘结相仍然为长条状组织;当1200℃退火处理后,钨颗粒出现少量聚集现象,粘结相也随着钨颗粒的变化发生聚集,1200℃退火对轧制态钨合金显微组织有少量影响,改变了合金的轧制态结构。当再提高温度到1450℃时,钨颗粒发生再结晶现象,呈球形,粘结相围绕在钨颗粒周围,与烧结态合金的显微组织形貌区别不大,常规钨合金在1430℃时出现液相,当退火温度超过液相温度时,合金的钨颗粒和粘结相再次恢复到烧结态的状态。

对烧结态、轧制态和不同退火温度的轧制样沿着轧制方向分别取样测试抗拉强度和伸长率,表1显示,烧结态合金的抗拉强度最低,为850MPa;轧制态抗拉强度最高,达到1215MPa,分别经800℃和1000℃退火后,合金的抗拉强度和伸长率与轧制态基本一致,抗拉强度分别为1215MPa、1210MPa,伸长率均为3%,这点与显微组织形貌一致。当退火温度达到1200℃时,合金的抗拉强度开始降低,达到1050MPa,而合金的伸长率开始升高,达到8%,当温度继续升高到1450℃时,已经超过烧结态合金的液相点,合金的抗拉强度急剧下降,表现出与烧结态基本一致的水平,为900MPa,而伸长率由轧制态的3%升高到14%,回归到烧结态的水平。因此,为了得到综合性能最佳的钨合金,对轧制态合金可在800~1100℃范围内选择退火温度,但超过1200℃轧制态合金将会出现再结晶现象,使合金软化,强度降低,但对伸长率的提高有利。?

结论:

(1)经轧制变形量达到89.9%的95WNiFe合金经过800℃、1000℃退火,合金的显微组织和性能与轧制态没有区别,钨颗粒没有发生再结晶现象,合金的抗拉强度仍然保持在1215MPa、伸长率为3%。

(2)当退火温度达到1200℃时,轧制态合金开始出现再结晶现象,合金的抗拉强度降低到1050MPa,伸长率提高到8%。

(3)当退火温度达到1450℃时,钨颗粒呈球形、粘结相分布在钨颗粒周围,与烧结态的组织基本一致,合金的抗拉强度和伸长率也达到烧结态的水平,分别为900MPa和14%。