钨基高比重合金板材的液相烧结行为

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1、上海大学硕士研究生论文第一章文献综述1．1w_Nj-Fe高比重合金概述人们出于既要利用金属钨的高熔点、高密度、低膨胀系数等优异性能，又要避免其致命脆性的目的，国际上于1935年研究成功了一种新的钨合金，国内也在1964年研制成功。这种合金是以钨为主体组元，并添加Ni、Cu或Ni、Fe及少量的Co、Mn等金属元素形成的合金，其密度在16．0-18．89．tin-3之间，从而得名钨基高比重合金。现己发展到W-Ni．Cu，W-Ni．Fe，W-Ni．Co，W-Ni．Mn等多种系列产品，在军事、民用工业中得到极其广泛的应用。在这其中，W-Ni-Fe高比重合金由于其超卓的综

2、合性能，成为钨基高比重合金的典型，得到最广泛的应用。1．1．1w-N．_Fe高比重合金的性能特点W-Ni．Fe高比重合金是一类由80-98％分布于基体Ni．Fe-W固溶体中的两相复合材料。正如人们所愿，该合金综合了w金属高密度、高强度和基体相(也叫粘结相)优良塑性，因而，它具有一系列优异物理、化学、力学性能【1．31：(1)密度高，一般为16．0-18．89．G'Tt'I。3，相当于钢密度的2倍以上，有“高比重合金”或“重合金”之称；(2)强度高，烧结态的高比重合金抗拉强度一般为580-950MPa,添加某些微量元素，可进一步改善某些性能，经变形加工后其抗拉强度

3、可达1500MPa以上；(3)良好的塑性，对于93W-Ni．Fe高比重合金系列而言，其延伸率达200／$以上，冲击韧度在1．5MJ／m2左右；(4)良好的射线吸收能力，比铅高30．40％，并且具有良好的刚性，使用中不易变形；(5)耐腐蚀性和抗高温氧化性能良好，对酸有良好的耐腐蚀能力，在500"C以下无明显氧化，在80013下或更高温度下仍能保持良好的强度和硬度；(6)良好的机加工性能，可进行车、铣、磨、刨、攻丝等机加工，可攻M2的螺纹；上海大学硕士研究生论文(7)良好的导电性、导热性和低的热膨胀系数，其导热系数是模具钢的5倍，热膨胀系数只有铁或钢的1／2．1／3

4、，并且具有耐电蚀、耐高压等良好的电性能；(8)良好的可焊接性及表面电镀性，可采用铜焊、银焊料进行钎焊，合金表面也可进行电镀，如镀铬、镀镍、镀金等，与基体结合牢固。1．1．2W--f1．-Fe高比重合金的制备工艺W-Ni．Fe高比重合金烧结机理为典型的液相烧结。低熔点组元产生的液相对w颗粒具有良好的润湿性，因此能够在颗粒之间快速流动，促进压坯致密，达到烧结目的。w原子在液相中具有较高的固溶度和扩散速率，w原子与基体液相之间充分进行物质迁移，使固相(又叫硬质相)与基体相之间紧密结合，从而实现高熔点，高密度金属w与低熔点金属在物理、化学、力学性能上的良好配合。采用粉末

5、冶金工艺，制备W-Ni．Fe高比重合金的制备工艺流程见图1．1。(1)原料：通常采用元素粉作为高密度钨合金制备原料，按照配比称取重量。但这样存在的问题是由于元素粉的机械混合难以将各元素粉末混合十分均匀，尤其是在粉末粒度极低的情况下，容易造成成分不均匀，对合金性能影响较大。对此，出现了二次热解还原粉末、二次湿法包覆粉末、共还原法以及机械合金化法等方法制取分散性好的高活性复合粉或预合金粉【4．51，这不仅可以提高颗粒分布的均匀性，而且还能显著的降低烧结温度。采用纳米粉是当前也是今后发展高密度钨合金的一个方向，目前，国内外均对使用纳米粉末进行了研究【¨】；(2)混料：

6、在钢简或塑料筒内，用硬质合金、高密度钨合金球均可混合，时间据原料粒度、粒度分布而定，一般在10-48h之间。以酒精、苯等为介质进行湿磨，也可直接干混唧；(3)成形：常采用三种方式：模压、冷等静压、注射成形。第一种最为常见，在钢模中，以100-400MPa力单向或双向成形，压坯相对体积密度在50-85％之间。由于高比重合金粉为典型的硬脆性粉末，颗粒难以变形，压坯强度低，成形性差，因而采用冷等静压成形方式可以成功地制出大尺寸压坯，成形压力在200MPa左右。钨合金制品大量以材料毛坯供货，使机加工量增加，造成很大浪费，如杆式动能穿甲弹芯，其机加工切削量达到40％以上。

7、因此为发展深度加工解决这一问题，注射成形自然成为首选方式。普通模压的添加剂主要为硬脂酸或2上海人学硕士研究生论文石蜡，浓度1．1．5％。采用注射成形工艺时，使用特殊成分的添加剂，如90％聚乙烯+10％硬脂酸嗍。冷等静压时也有不掺入任何添加剂的情况【111。在制备W-Ni．Fe高比重合金板带材时，也可采用粉末轧制的方法制备粉坯。粉末轧制成形的机制或理论从简单的金属粉末连续辊压成形的角度看，已与传统的致密金属轧制大不相刚翻。它所遵循的是重量相等定律。粉末轧制技术采用先轧制后烧结的方法，据此可克服某些合金材料难以进行塑性变形的不足。而且，粉末轧制还具有连续成型、生产率

8、高、成形均匀、产品质量稳