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關鍵詞:硬質合金刀片 | 單晶碳化鎢 | 鑄造碳化鎢 | 球狀鑄造碳化鎢 | 硬質合金球粒
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退火溫度對軋制態鎢合金組織及性能的影響

退火溫度對軋制態鎢合金組織及性能的影響

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高密度鎢合金具有高密度、較好的強度與韌性配合而成為軍事工業和民用工業重要的材料之一,尤其是作為動能穿甲彈、平衡配重元件、慣性元件、射線屏蔽用材料等得到了廣泛的應用。WNiFe合金由于其具有良好的射線屏蔽作用,在醫療行業得到廣泛應用,但由于目前生產手段多采用等靜壓壓制和模壓壓制,然后采用線切割方式加工成薄板,給生產帶來很多麻煩和對原料的浪費。鎢合金變形方面的研究有鎢合金的鍛造、靜液擠壓和軋制等,但軋制變形態鎢合金的硬度大、脆性高,給后期加工帶來很多不便。筆者以軋制態的95WNiFe合金為研究對象,分析了不同退火溫度對合金的顯微組構及力學性能的影響。

實驗選用的原料是還原鎢粉、電解鎳粉和羰基鐵粉。三種粉末按95W3.5Ni1.5Fe(質量分數)的比例在三維混料機中混合均勻。混料后摻入粘結劑,采用模壓壓制成形,壓坯經過脫蠟后采用液相燒結得到了燒坯尺寸為130mm×105mm×3.86mm,材料相對密度達到99%以上,采用JM250可逆冷軋機對燒結坯料進行單向軋制,經過多道次,最終材料變形量達到89.9%,觀察燒結態和變形態材料的顯微組織,對變形態的95WNiFe合金分別采用800℃、1000℃、1200℃和1450℃四種不同溫度退火,退火時間為1h,并對不同退火溫度的合金樣進行了性能測試,并觀察了顯微組織形貌,分析了退火溫度對變形態合金的力學性能及顯微組織的影響。

燒結態鎢基高密度合金是由鎢顆粒硬質相和Ni-Fe粘結相組成,鎢顆粒成近似球形均勻分布在粘結相中,如對軋制變形量為89.9%的板材沿著縱剖面即軋制的主要變形方向取樣觀察顯微組織形貌,如圖2。變形態與燒結態相比,經過變形后鎢顆粒明顯被拉長,而且隨著變形量的增大鎢顆粒的長短軸比呈逐漸增大趨勢,粘結相也隨著變形量的增大逐漸被拉長。?

鎢合金經變形強化后,為了取得更優異的綜合性能及提高機加工性能,一般會對合金進行真空退火處理,為了找到最合適的退火溫度,分別在800℃、1000℃、1200℃和1450℃,保溫時間為1h,對軋制態95WNiFe鎢合金進行退火,分別是不同溫度退火態合金的顯微組織形貌,經800℃和1000℃退火處理后,合金的顯微組織沒有發生改變,仍然保持軋制態的顯微組織形貌,鎢顆粒和粘結相仍然為長條狀組織;當1200℃退火處理后,鎢顆粒出現少量聚集現象,粘結相也隨著鎢顆粒的變化發生聚集,1200℃退火對軋制態鎢合金顯微組織有少量影響,改變了合金的軋制態結構。當再提高溫度到1450℃時,鎢顆粒發生再結晶現象,呈球形,粘結相圍繞在鎢顆粒周圍,與燒結態合金的顯微組織形貌區別不大,常規鎢合金在1430℃時出現液相,當退火溫度超過液相溫度時,合金的鎢顆粒和粘結相再次恢復到燒結態的狀態。

對燒結態、軋制態和不同退火溫度的軋制樣沿著軋制方向分別取樣測試抗拉強度和伸長率,表1顯示,燒結態合金的抗拉強度最低,為850MPa;軋制態抗拉強度最高,達到1215MPa,分別經800℃和1000℃退火后,合金的抗拉強度和伸長率與軋制態基本一致,抗拉強度分別為1215MPa、1210MPa,伸長率均為3%,這點與顯微組織形貌一致。當退火溫度達到1200℃時,合金的抗拉強度開始降低,達到1050MPa,而合金的伸長率開始升高,達到8%,當溫度繼續升高到1450℃時,已經超過燒結態合金的液相點,合金的抗拉強度急劇下降,表現出與燒結態基本一致的水平,為900MPa,而伸長率由軋制態的3%升高到14%,回歸到燒結態的水平。因此,為了得到綜合性能最佳的鎢合金,對軋制態合金可在800~1100℃范圍內選擇退火溫度,但超過1200℃軋制態合金將會出現再結晶現象,使合金軟化,強度降低,但對伸長率的提高有利。?

結論:

(1)經軋制變形量達到89.9%的95WNiFe合金經過800℃、1000℃退火,合金的顯微組織和性能與軋制態沒有區別,鎢顆粒沒有發生再結晶現象,合金的抗拉強度仍然保持在1215MPa、伸長率為3%。

(2)當退火溫度達到1200℃時,軋制態合金開始出現再結晶現象,合金的抗拉強度降低到1050MPa,伸長率提高到8%。

(3)當退火溫度達到1450℃時,鎢顆粒呈球形、粘結相分布在鎢顆粒周圍,與燒結態的組織基本一致,合金的抗拉強度和伸長率也達到燒結態的水平,分別為900MPa和14%。

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