退火溫度對(duì)軋制態(tài)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(qiáng)度與韌性配合而成為軍事工業(yè)和民用工業(yè)重要的材料之一，尤其是作為動(dòng)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(yīng)用。WNiFe合金由于其具有良好的射線屏蔽作用，在醫(yī)療行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，但由于目前生產(chǎn)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(chǎn)帶來很多麻煩和對(duì)原料的浪費(fèi)。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(tài)鎢合金的硬度大、脆性高，給后期加工帶來很多不便。我們以軋制態(tài)的95WNiFe合金為研究對(duì)象，分析了不同退火溫度對(duì)合金的顯微組構(gòu)及力學(xué)性能的影響。

實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù))的比例在三維混料機(jī)中混合均勻。混料后摻入粘結(jié)劑，采用模壓壓制成形，壓坯經(jīng)過脫蠟后采用液相燒結(jié)得到了燒坯尺寸為130mm×105mm×3.86mm，材料相對(duì)密度達(dá)到99%以上，采用JM250可逆冷軋機(jī)對(duì)燒結(jié)坯料進(jìn)行單向軋制，經(jīng)過多道次，最終材料變形量達(dá)到89.9%，觀察燒結(jié)態(tài)和變形態(tài)材料的顯微組織，對(duì)變形態(tài)的95WNiFe合金分別采用800℃、1000℃、1200℃和1450℃四種不同溫度退火，退火時(shí)間為1h，并對(duì)不同退火溫度的合金樣進(jìn)行了性能測(cè)試，并觀察了顯微組織形貌，分析了退火溫度對(duì)變形態(tài)合金的力學(xué)性能及顯微組織的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

1、顯微組織分析

燒結(jié)態(tài)鎢基高密度合金是由鎢顆粒硬質(zhì)相和Ni-Fe粘結(jié)相組成，鎢顆粒成近似球形均勻分布在粘結(jié)相中;對(duì)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。變形態(tài)與燒結(jié)態(tài)相比，經(jīng)過變形后鎢顆粒明顯被拉長(zhǎng)，而且隨著變形量的增大鎢顆粒的長(zhǎng)短軸比呈逐漸增大趨勢(shì)，粘結(jié)相也隨著變形量的增大逐漸被拉長(zhǎng)。

鎢合金經(jīng)變形強(qiáng)化后，為了取得更優(yōu)異的綜合性能及提高機(jī)加工性能，一般會(huì)對(duì)合金進(jìn)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(shí)間為1h，對(duì)軋制態(tài)95WNiFe鎢合金進(jìn)行退火，圖3~圖6分別是不同溫度退火態(tài)合金的顯微組織形貌，經(jīng)800℃(圖3)和1000℃(圖4)退火處理后，合金的顯微組織沒有發(fā)生改變，仍然保持軋制態(tài)的顯微組織形貌，鎢顆粒和粘結(jié)相仍然為長(zhǎng)條狀組織;當(dāng)1200℃退火處理后，鎢顆粒出現(xiàn)少量聚集現(xiàn)象，粘結(jié)相也隨著鎢顆粒的變化發(fā)生聚集，1200℃退火對(duì)軋制態(tài)鎢合金顯微組織有少量影響，改變了合金的軋制態(tài)結(jié)構(gòu)。當(dāng)再提高溫度到1450℃時(shí)，鎢顆粒發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，呈球形，粘結(jié)相圍繞在鎢顆粒周圍，與燒結(jié)態(tài)合金的顯微組織形貌區(qū)別不大，常規(guī)鎢合金在1430℃時(shí)出現(xiàn)液相，當(dāng)退火溫度超過液相溫度時(shí)，合金的鎢顆粒和粘結(jié)相再次恢復(fù)到燒結(jié)態(tài)的狀態(tài)。

2、力學(xué)性能分析

對(duì)燒結(jié)態(tài)、軋制態(tài)和不同退火溫度的軋制樣沿著軋制方向分別取樣測(cè)試抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，表1顯示，燒結(jié)態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度最低，為850MPa;軋制態(tài)抗拉強(qiáng)度最高，達(dá)到1215MPa，分別經(jīng)800℃和1000℃退火后，合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率與軋制態(tài)基本一致，抗拉強(qiáng)度分別為1215MPa、1210MPa，伸長(zhǎng)率均為3%，這點(diǎn)與顯微組織形貌一致。當(dāng)退火溫度達(dá)到1200℃時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度開始降低，達(dá)到1050MPa，而合金的伸長(zhǎng)率開始升高，達(dá)到8%，當(dāng)溫度繼續(xù)升高到1450℃時(shí)，已經(jīng)超過燒結(jié)態(tài)合金的液相點(diǎn)，合金的抗拉強(qiáng)度急劇下降，表現(xiàn)出與燒結(jié)態(tài)基本一致的水平，為900MPa，而伸長(zhǎng)率由軋制態(tài)的3%升高到14%，回歸到燒結(jié)態(tài)的水平。因此，為了得到綜合性能最佳的鎢合金，對(duì)軋制態(tài)合金可在800~1100℃范圍內(nèi)選擇退火溫度，但超過1200℃軋制態(tài)合金將會(huì)出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象，使合金軟化，強(qiáng)度降低，但對(duì)伸長(zhǎng)率的提高有利。

結(jié)論

(1)經(jīng)軋制變形量達(dá)到89.9%的95WNiFe合金經(jīng)過800℃、1000℃退火，合金的顯微組織和性能與軋制態(tài)沒有區(qū)別，鎢顆粒沒有發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，合金的抗拉強(qiáng)度仍然保持在1215MPa、伸長(zhǎng)率為3%。

(2)當(dāng)退火溫度達(dá)到1200℃時(shí)，軋制態(tài)合金開始出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象，合金的抗拉強(qiáng)度降低到1050MPa，伸長(zhǎng)率提高到8%。

(3)當(dāng)退火溫度達(dá)到1450℃時(shí)，鎢顆粒呈球形、粘結(jié)相分布在鎢顆粒周圍，與燒結(jié)態(tài)的組織基本一致，合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率也達(dá)到燒結(jié)態(tài)的水平，分別為900MPa和14%。

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