低钨含量钨合金的制备工艺研究

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本文针对高性能、强侵彻力的EFP对材料塑性的需求,研究了低钨含量(80-90wt.%)W-Ni-Cu及W-Ni-Fe系钨合金的烧结工艺对其组织和性能的影响。首先对钨含量为80-90%的钨合金进行成分及烧结工艺设计,然后采用不同烧结工艺制备钨合金,并对其进行金相组织的观察和力学性能测试,分析合金成分及制备工艺对低钨含量钨合金组织和性能的影响。烧结气氛为Ar气时,钨含量为80-88%的W-Ni-Cu系合金,致密度较低,约为84%左右;当烧结气氛为H2时,孔隙率降低,致密度可达到94%以上。钨含量为80-88%的W-Ni-Cu系合金在1370℃,H2气氛下烧结,可得到球形钨颗粒分布在粘结相基体上的均匀组织,致密度达到94.8%以上。Ni:Cu=1:1时,随着钨含量增加,W-W连接度由0.24上升至0.43,粘结相数量比由0.33下降至0.25。钨含量相同时,Ni:Cu=1:1的W颗粒比3:7和7:3的颗粒更加趋于球形化,液相烧结更充分。经H2气氛、1370℃下烧结的Ni:Cu=1:1的钨含量为80-88%的W-Ni-Cu合金,在不同应变率条件下均表现出良好的压缩变形能力;准静态加载条件下,随着钨含量的增加,屈服强度增加。动态加载条件下,应变率在2600-4200s-1范围内时,合金随应变率增加,屈服强度增加。随着钨含量的提高,材料的拉伸强度提高,塑性降低。经H2气氛、1370℃下烧结的Ni:Cu=1:1的钨含量为80-88%的W-Ni-Cu合金,当压缩应变率达到3200s-1以上时,合金中出现剪切形变带,形变带中的W颗粒发生剧烈的变形,应变率增加,形变带宽度增加;在加载过程中由孔洞等缺陷处萌生的裂纹一般沿着剪切带内扩展。在1430-1490℃范围内烧结时,随着烧结温度与保温时间的增加,钨含量为80-88%的W-Ni-Fe系钨合金的钨颗粒形状由不规则形状逐渐球状化,钨颗粒尺寸逐渐增大。但在1490℃烧结时,烧结试样出现W颗粒偏析和形状的塌陷变形。钨含量为80-88%的W-Ni-Fe系合金在1460℃保温30min进行烧结,即可得到球形钨颗粒分布在粘结相基体上的均匀组织,致密度达到98.2%以上。随钨含量增加,W-W连接度由0.25上升至0.43,粘结相数量比由0.37下降至0.20。在1460℃下保温30min烧结的Ni/Fe比7:3的钨含量为80-88%的W-Ni-Fe合金表现出良好的压缩变形能力;准静态加载条件下,随着钨含量的提高,合金屈服强度增加;动态加载条件下,随着钨含量的增加,压缩变形能力略有下降,压缩屈服强度增加。随着钨含量的提高,材料的拉伸强度提高,塑性降低。在1460℃下保温30min烧结的85W-10.5Ni-4.5Fe合金在压缩应变率为3500s-1时,合金中出现剪切形变带,形变带中的W颗粒发生明显变形。
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