简介概要

氧含量对W-Ni-Fe合金组织性能的影响

来源期刊：稀有金属1999年第2期

论文作者：郑强康志君高兆祖

关键词：W-Ni-Fe合金; 机械性能; 氧含量;

摘要：对W-Ni-Fe高比重合金的金相组织、力学性能以及微区成份分布进行了观察分析,讨论了氧含量对合金组织结构及机械性能的影响.

稀有金属 1999,(02),81-84 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.1999.02.001

氧含量对W-Ni-Fe合金组织性能的影响

康志君郑强

北京有色金属研究总院!北京100088,北京有色金属研究总院!北京100088,北京有色金属研究总院!北京100088

摘要：

对W Ni Fe高比重合金的金相组织、力学性能以及微区成份分布进行了观察分析 , 讨论了氧含量对合金组织结构及机械性能的影响。

关键词：

W-Ni-Fe合金;机械性能;氧含量;

中图分类号： TG146

收稿日期：1998-07-16

Effect of Oxygen Content on Structure and Properties of W-Ni-Fe Heavy Alloy

Abstract：

The metallographic structure, mechanical properties and the component distribution in the tiny area of W Ni Fe heavy alloy were observed and analyzed. The effect of the oxygen content on the structure and mechanical properties of the alloy was discussed.

Keyword：

W-Ni-Fe; Heavy alloy; Mechanical property; Oxygen content;

Received： 1998-07-16

W-Ni-Fe高比重合金具有很高的密度和良好的机械性能。在国防军工、机械工业、石油勘探等许多领域都有重要应用。高比重合金的性能对仪器、设备能否正常、稳定地工作, 常常起着至关重要的作用。合金的性能受原材料和加工工艺等因素的影响, 在批量生产中会产生很大的波动。本文通过对典型样品的解剖分析, 研究了合金成份, 特别是氧含量, 以及氧在合金中的存在形式与合金的组织结构、机械性能之间的关系。

1 实验

本试验选用的合金是在同一工艺条件下制备的, 其成分为95%W-3.5%Ni-1.5%Fe (质量分数) 。粉末原料经混合、室温压制成型后, 进行氢气烧结, 烧结温度为1510℃, 保温50 min。随后进行真空热处理, 真空度为6.67×10^-2 Pa, 在1200℃下保温4 h。最后进行机械性能检测以及金相组织和合金成分的分析。

2 实验结果与分析讨论

选取其中两批机械性能差异较大的合金进行解剖分析, 包括金相观察, 断口分析, 残氧量分析, 扫描电镜分析和俄歇谱分析。

两批合金样品的强度、塑性性能如表1所示。由表可以看出, 第二批样品的力学性能明显偏低。

图1为两批样品的金相组织照片。其中 (a) 是1号样品的照片, 其钨颗粒大小比较均匀, 互相溶连, 粘结相均匀一致, 无其它异常组织; (b) 是2号样品的照片, 其钨晶粒大小不均, 有一定数量的孤立小晶粒, 粘结相内有斑点状组织。从图1可以看出, 两批样品的金相组织具有较大差异。

表1 合金的机械性能下载原图

表1 合金的机械性能

图1 合金的金相组织照片

(a) ×200; (b) ×200

拉伸断口的扫描电镜观察如图2所示。其中 (a) 是1号样品的断口照片, 其特征是有一定数量的钨晶粒发生穿晶断裂, 粘结相内有明显的拉伸韧窝。 (b) 是2号样品的断口照片, 其特征是钨晶粒和粘结相之间有明显的间隙, 粘结相中存在斑点状组织。

合金性能和其中氧的质量分数如表2所示。从表中可以看出, 低氧合金具有较高的机械性能。

我们针对斑点状组织和正常组织进行了氧的线扫描分析。如图3所示, 在斑点状组织上, 氧的扫描线突然升高, 表明了残氧的聚集对合金组织的影响。

图2 合金拉伸断口的扫描照片

(a) ×800; (b) ×800

表2 合金性能及其中氧的质量分数下载原图

表2 合金性能及其中氧的质量分数

图3 合金中氧的线扫描照片

(a) ×600; (b) ×600

图4、5、6为高比重合金的俄歇分析图谱。其中图4为未经过离子溅射的试样图谱, 由于表面吸附作用, 出现相当高的氧的谱峰, 显然与实际不符, 因此仅作对比用。图5、6分别为3 min溅射后的钨晶粒边界和黑斑处的俄歇谱。各元素的相对原子数分数与质量分数计算结果列入表3。可见, 在钨晶界和黑斑处的氧含量明显超过合金氧含量平均值较为定量地说明合金中残氧多集中在钨晶粒边缘和残留孔隙表面。

3 讨论

W-Ni-Fe合金的烧结是液相烧结过程。Huppman ^[1] 指出, 液相烧结更易于获得致密度高, 组织均匀的烧结体。在烧结实践中, 常常出现残余孔隙, 尤其是在相界面上的残余孔隙使合金性能明显降低研究表明 ^[2] 烧结过程中有多种因素导致孔隙形成。当合金中含有较多的氧化物及其它杂质时, 孔隙将不易被液相充填而残留下来。本实验结果证明了这一分析。因此, 在液相出现之前, 合金进行充分预还原 ^[3,4] 有利于改善合金的组织和性能。