添加钽对钨基高密度合金弹性模量的影响的研究

摘要

采用液相烧结技术,对高密度钨合金90W-7Ni-3Fe及其添加有不同含量元素Ta合金的力学性能和显微组织进行了研究.结果表明:经1480℃×1h工艺制备的90W-7Ni-3Fe合金在致密度为99.88﹪情况下,采取三点抗弯法测得的弹性模量E为286GPa,拉伸强度853MPa,延伸率9﹪,洛氏硬度HRC25.3.弹性模量随孔隙度P的增加降低迅速.经过1100℃、1200℃热处理之后虽强度略有提高、延伸率、硬度显著增加,但弹性模量却无明显变化.所得样品组织均匀,晶粒度为30 μm,存在以W晶粒的穿晶断裂为主的四种断裂方式.在添加1-7﹪Ta范围内合金相结构无剧烈变化,弹性模量大致随合金元素含量的升高而缓慢降低.合金强度与Ta含量关系曲线中存在一临界点成分,即5﹪Ta,其拉伸强度可达1164MPa,在5﹪Ta之前随合金元素含量升高而升高,之后却快速降低.Ta的添加阻碍合金的致密化,在1440℃烧结后,所有合金密度在96-98.5﹪之间.合金延伸率明显恶化,除7﹪Ta添加合金外,其余均低于6﹪.85W-5Ta-7Ni-3Fe合金在1100℃、1200℃热处理之后弹性模量无大的变化,但是强度却有所增加,延伸率经1100℃处理后的几乎不变,但在1200℃却降为4﹪.所有添加Ta样品硬度HRC均有增加,85W-5Ta-7Ni-3Fe合金达到了35.0.因Ta固溶于基体相中,降低W在基体相中的固溶度,减小了其动态速率常数,从而导致合金W晶粒细化,程度随Ta添加量增加而增强.合金的断裂模式构成发生变化,为以W晶粒穿晶断裂与基体相的延性断裂为主的方式.高含量添加Ta(>10﹪)后,粉体成形性得到改善,即弹性后效降低,压坯密度提高.因合金组织中新增Ta相,并且其含量相当高,从而弹性模量呈现与少量Ta添加时相反的结果,即弹性模量随Ta添加量增加而迅速升高,由10﹪Ta样品的210GPa增至40﹪Ta的286GPa.同时,因Ta相的出现,合金强度也表现出降低的规律.所有样品均含一定量的孔隙,延伸率也不大于3﹪,但硬度却随Ta含量增加而快速升高.在添加Ta量低于20﹪时,W晶粒尺寸仍降低,但当Ta加至30﹪以上时,硬质相W及Ta晶粒形状出现显著变化,不再呈现球状形态.10﹪Ta合金断口形貌中基体相的延性断裂和W晶粒的穿晶断裂仍是该成分合金断裂的重要形式,大量的细小W颗粒从基体相脱出,这些形式的断裂方式决定合金强度较低.Ta粉末粒度对80W-10Ta-7Ni-3Fe合金烧结致密、强度、延伸率、弹性模量、进而组织形态等性能特征都具有影响.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1.1钨基高密度合金文献综述

1.1.1钨基高密度合金概述

1.1.2钨基高密度合金成分

1.1.3钨基高密度合金组织

1.1.4钨基高密度合金力学性能

1.2弹性模量本质

1.3影响钨基高密度合金弹性模量的因素

1.3.1孔隙的影响

1.3.2成分的影响

1.3.3组成相的影响

1.4本课题的研究内容及意义

第二章材料设计

2.1影响材料弹性模量的主要因素

2.1.1弹性模量对材料组织不敏感

2.1.2成分是决定材料弹性模量的主要因素

2.2添加合金元素的W-Ni-Fe合金设计

2.2.1合金元素的选取

2.2.2相图

2.2.3合金组织的调节

2.2.4制备工艺

第三章 90W-Ni-Fe合金研究

3.1实验粉体参数

3.2基本工艺流程及参数

3.3主要性能检测

3.3.1弹性模量测量原理

3.3.2弹性模量数据处理

3.4合金力学性能

3.4.1合金弹性模量

3.4.2合金其它力学性能

3.5合金微观组织

3.6热处理对合金性能及显微组织的影响

3.7本章小结

第四章少量掺加合金元素Ta的W-Ni-Fe合金研究

4.1 Ta金属基本性质及Ta粉原料参数

4.2合金成分设计

4.3 W-Ta-Ni-Fe合金制备工艺及参数

4.4合金力学性能

4.4.1合金弹性模量

4.4.2合金其它力学性能

4.5合金显微组织

4.5.1合金显微组织变化

4.5.1合金晶粒细化原理

4.6热处理对85W-5Ta-7Ni-3Fe合金的影响

4.7本章小结

第五章10％以上掺加合金元素Ta的W-Ni-Fe合金研究

5.1合金成分设计

5.2 W-Ta-Ni-Fe合金制备工艺及参数

5.3样品收缩及致密

5.3.1合金粉末成形性

5.3.2合金的致密化

5.4合金力学性能

5.4.1合金弹性模量

5.4.2合金其它力学性能

5.5合金显微组织

5.6 Ta粉粒度对80W-10Ta-7Ni-3Fe合金的影响

5.7本章小结

第六章主要结论

参考文献

附录

致谢