碳化物增强W合金组织结构及其力学性能的研究

摘要

难熔金属钨具有高熔点、低热膨胀系数、低蒸汽压及高自溅射阀值等特性，因而在高温领域中获得广泛应用，但是由于纯钨存在密度太高、晶粒粗大、组织均匀性差、高温强度下降显著等缺陷，难以满足其在高温领域的进一步发展需要。本文在金属钨中添加碳化物，发挥碳化物所具有的高熔点、低密度、优异的高温强度、与钨相近的热膨胀系数等优点，试图降低钨基体密度的同时，有效提高钨的力学性能。
　　 本论文采用粉末冶金方法，在常规烧结条件下制备了W-(2-10)％TiC合金以及W-(1-5)％ZrC合金，研究了W-TiC、W-ZrC合金的烧结致密化行为及机理，分析了烧结温度、碳化物成分对合金力学性能及组织结构的影响。研究结果表明:
　　 (1) W-TiC合金的主要致密化温度区间为1500～1700℃阶段，经1700℃烧结后，W-TiC合金尤其是W-6TiC合金接近全致密;随烧结温度升高，W-TiC合金拉伸强度提高，在2000℃烧结2h后，W-6TiC合金拉伸强度最高，可达464 MPa;
　　 (2) W-ZrC合金的主要致密化温度区间为1600～2000℃阶段，经2000℃烧结后，W-ZrC合金接近全致密，当ZrC含量为3％时，W-ZrC合金达到最大致密度;随烧结温度升高，W-ZrC合金拉伸强度提高，在2000℃烧结且当ZrC的添加量为3％时，W-ZrC合金强度最高，达489MPa;
　　 (3)碳化物TiC、ZrC在高温烧结过程中生成细小弥散的复合物粒子相，有效地阻碍了W晶粒长大;同时，随烧结温度升高，TiC、ZrC与W之间的原子迁移扩散能力提高，从而提高了W-TiC、W-ZrC晶界强度;当添加量过高时，第二相碳化物粒子发生团聚，影响了合金强度的进一步提高。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 钨的性能和应用

1．2．1 金属钨的物理性质

1．2．2 金属钨的化学性质

1．2．3 金属钨的力学性能

1．2．4 金属钨的应用

1．2．5 金属钨性能上的不足

1．3 固溶强化钨合金

1．4 颗粒强化钨合金

1．4．1 氧化物颗粒增强钨合金

1．4．2 碳化物颗粒增强钨合金

1．5 碳化物颗粒增强钨合金的制备

1．5．1 高能球磨+HIP／HP法

1．5．2 融渗反应法(DCP)

1．5．3 碳化物增强钨合金的发展趋势

1．6 研究目的与研究内容

第二章 研究方案与性能测试

2．1 研究目的

2．2 研究路线流程

2．3 研究过程

2．3．1 碳化物增强钨基合金粉末的制备

2．3．2 压制成形

2．4．3 低温预烧结

2．4．4 高温烧结

2．4．5 性能检测

第三章 TiC对W合金性能与显微组织的影响

3．1 前言

3．2 W-TiC合金的致密化行为

3．3 TiC含量对W合金力学性能的影响

3．4 TiC含量对W合金显微组织的影响

3．4．1 TiC含量对W显微组织的影响

3．4．2 TiC对W断口形貌的影响

3．4．3 高含量TiC网状结构

3．5 小结

第四章 ZrC对W合金性能与显微组织的影响

4．1 前言

4．2 W-ZrC合金的致密化行为

4．3 ZrC含量对W合金力学性能的影响

4．4 烧结温度与ZrC的添加对W-ZrC合金显微组织的影响

4．4．1 W-ZrC合金的显微组织演变

4．4．2 ZrC对W-ZrC合金断口形貌的影响

4．4．3 W-ZrC合金的增强机理

4．5 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果