WNiFe高比重合金断口形貌研究
第１９卷第３期２００４年６月
中国钨毒
Ｃｈｉｎａ。ＴｕｎｇｓｔｅｎＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｉ．１９，Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．２００４
文章编号：１００９—０６２２（２００４）０３—００３６－０３
Ｗ—Ｎｉ—Ｆｅ高比重合金断口形貌研究
刘桂荣，刘国辉，王铁军，吴诚
（钢铁研究总院安泰科技股份有限公司，北京ｌｏｏｏｓｌ）
摘要：通过对Ｗ－Ｎｉ．Ｆｅ高比重合金力学性能差别很大的两组断口形貌进行分析，在一些高比重合金钨颗粒内发现有ｗ．Ｎｉ．Ｆｅ的沉淀相，该沉淀相对合金力学性能的提高有益。沉淀相形成主要与成分配比以及烧结后期的真空处理有关。断口形貌可以反应高比重钨合金的烧结状况，而材料的力学性能与合金断口形貌又有很明显的对应关系，因此，要获得很高的力学性能，烧结及热处理工艺是十分重要的工序。
关键词：钨；高比重合金；断口
中图分类号：ＴＧｌ４６文献标识码：Ａ
０前言
高比重钨合金因有高的密度、强度、刚性和导电性及低的热膨胀系数而被广泛应用在航海、航空、机械、冶金、医疗等各领域【ｌ】。该合金属于一种液相烧结合金，这类合金既具有高强度，又有～定的延性。它的基本组织是由硬质钨相和含钨的Ｎｉ—Ｆｅ固溶体构成。钨合金的两相复合的组织结构特点决定了其力学性能对于微观结构的敏感性，室温下高比重合金的断裂属于脆性断裂，因此，从断口表面上很容易发现宏观缺陷，断口也最能反映材料的力学性能。从理论分析，钨合金的断裂有四种可能的断裂途径：钨颗粒的解理（Ｗ）；基体相撕裂（Ｍ）；基体相与钨颗粒的界面剥离（ｗ—Ｍ）及钨一钨界面的开裂（Ｗ—Ｗ），而且这四种断裂途径均已被证实确实存在ｆ２１。既然断口可以直接记录下断裂过程所遗留下来的痕迹，也就是可以显示裂纹传播的真实过程，因此，本文通过对ｗ—Ｎｉ—Ｆｅ合金力学性能差距很大的两种类型断口形貌进行了分析研究，进而对ｗ—Ｎｉ—Ｆｅ高比重合金的制备工艺进行了评价。
１原料及试验方法
试验选用的原料是高纯还原钨粉、电解镍粉和还原铁粉。三种粉末按一定（重量百分比）的比例在
三维混料机中混合均匀。采用冷等静压压制，压制压力为２００ＭＰａ，试样在Ｈ：保护气氛下烧结，烧结试样均经过真空脱Ｈ：处理，真空处理可消除氢脆，提高合金力学性能。
２结果和讨论
由于影响高比重合金力学性能的因素很多，为了避免一些金属及非金属夹杂等杂质对合金性能的影响，试验中选用高纯粉末，尽量减少对高比重合金力学性能的影响因素。
高比重合金力学性能差的断口，断口形貌表现为钨颗粒晶间断裂。只有个别钨颗粒表现为解理断裂，粘结相呈脆性断裂。高比重合金的延伸率和断裂模式与断口的各种断裂途径所占比例有一定的对应关系，钨一基体相和钨一钨界面断裂增加，合金的延伸率降低，断裂模式也表现为脆性断裂１３］。如图１所示，粘结相虽然包围了钨颗粒，但粘结相分布不均匀，粘结相和钨颗粒结合比较差，钨颗粒明显长大。测试该合金的拉伸强度为４１５ＭＰａ，延伸率为Ｏ．５％，分析导致该试样力学性能差的原因是烧结温度过高，保温时间过长导致钨颗粒长大．从而影响合金的力学性能，这一点正好与我们当初试验所采用条件相吻合。图２是烧结温度和保温时间都适当的断１＝１形貌。从图中可以看出钨颗粒细小，没有长大趋势，粘结相充分包围钨颗粒。测试结果显示该
收稿日期：２００４—０４—２２
作者简介：刘桂荣（１９７０一）．女，黑龙江五常人，主要从事难熔材料的开发与应用研究。 万方数据
第３期刘桂荣，等：ｗ一渐一Ｆｅ高比重合金断１：７形貌研究３７
粘结相充分包裹，粘结相断裂表现为延性撕裂和韧
窝状断裂，图中白色集中的部分是Ｎｉ—Ｆｅ富集区，
钨颗粒多数表现为解理断裂，与此相对应的合金力
学性能也很高１５＂１。有些Ｗ—Ｎｉ—Ｆｅ合金。钨颗粒解理
断裂面上我们可以看到一些沉淀相如图６所示，扫
描电镜分析成分是ｗ—Ｎｉ—Ｆｅ的沉淀相（见图７），
形状细且不规则，表明在合金形成过程中Ｎｉ、Ｆｅ进
入钨颗粒内并沉淀下来。该沉淀相的性质和粘结相图ｌ烧结温度过高、保温时间过长的断口形貌霍篡菇桨≥票誓髦髫瑟嚣篓蒜孑掣萎鬻鬈主嘉
延伸率比没有该相的要高。在９１Ｗ一６Ｎｉ一３Ｆｅ、
９２．５Ｗ一５Ｎｉ～２．５Ｆｅ和９３Ｗ一４．９Ｎｉ～２．１Ｆｅ合金中发现
有该沉淀相．其他成分配比的ｗ—Ｎｉ—Ｆｅ合金中没
有发现该种沉淀相。该沉淀相存在于真空处理后的
试样内，烧结态试样内没有该种沉淀相，而且该种
沉淀相分布在钨颗粒内。不存在于钨颗粒间以及粘
结相中。分析该种沉淀相形成主要与成分配比以及
烧结后期的真空处理有关。
图２烧结温度和时间适当的断口形貌
合金的拉伸强度为９２０ＭＰａ，延伸率为２５％，拉伸强
度和延伸率都比前者有大幅度提高。从图１和图２
试样分析可以看出烧结温度和保温时间是影响合
金力学性能的两个很重要的因素，如果试样的烧结
温度低，即使保温时间延长，密度会提高，液相烧结
高比重合金中的粘结相没有形成液相或只有局部
形成液相。不能有效地将钨颗粒包裹起来，钨与粘
结相分布极不均匀【４１。因此，钨颗粒中的一部分仍然
是钨颗粒间的直接接触。钨合金断裂行为的研究表
明，钨颗粒之间直接接触易使材料脆性断裂，因为
钨颗粒间结合强度很低，当发生断裂时，该处常常
成为断裂源，严重影响合金的力学性能。因此，液相
烧结时，要尽量使液相在钨颗粒表面铺展开，避免
钨颗粒问直接接触。另外，有一些合金断口的钨颗
粒界面上存在孔洞，一般是因为烧结过程中气体没
有充分逸出造成的，另一部分是烧结气氛的气体，
还有一部分是烧结过程中产生的气体，烧结工艺不
当容易产生孔洞，从上面分析我们可以得出结论，
烧结工艺是决定合金力学性能的关键步骤。
另外一组我们选用高比重合金断口的拉伸强
度大于９２０ＭＰａ，延伸率在２０％以上的试样来分析。
断口形貌特征是：钨颗粒均匀分布在粘结相内，钨
颗粒连接度小，粘结相呈延性撕裂，钨颗粒呈穿晶
解理。图３、图４、图５钨颗粒粒度均匀，颗粒小且被图５钨颗粒解理台阶 万方数据
中国钨毋第１９卷
决定的，为了获得力学性能高的高比重合金材料，
必须对材料的制备过程进行严格控制，从合金的断
口表面，可以直接观察到颗粒的真实粒度、颗粒形
态和孔隙分布、杂质等，从而可以对合金制备过程
中的粉末纯度、烧结温度、保温时间以及气氛等因
素进行控制，提高合金的力学性能。
３结论
通过高比重合金断口分析研究可以对合金制
备工艺进行评价。
钨颗粒均匀分布在粘结相内，粘结相呈延性撕
裂，钨颗粒呈穿晶解理断裂，钨颗粒内有沉淀相的
断口，材料的力学性能高。沉淀相形成主要与成分
配比以及烧结后真空处理有关。
参考文献：
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裂面上解理阶的形貌和分布或统计穿晶断裂和沿
稀有金属与硬质合金，２００４，１：１６—１８．
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｒａｃｔｕｒｅＳｕｒｆａｃｅｏｆＷ—Ｎｉ—ＦｅＴｕｎｇｓｔｅｎＨｅａｖｙＡｌｌｏｙ
ＬＩＵＧｕｉ－ｒｏｎｇ，ＬＩＵＧｕｏ－ｈｕｉ，ＷＡＮＧ＂Ｆｉｅ－－ｊｕｎ，形ＵＣｈｅｎｇ
（ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｃ１ＳＲＩ。Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１．Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏｗｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｆＷ—Ｎｉ—Ｆｅｔｕｎｇｓｔｅｎｈｅａｖｙａｌｌｏｙｗｈｉｃｈｈａｖｅａｗｏｒｌｄｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙａｒｅａｎａｌｙｓｅｄ．Ｉｔｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｐｈａｓｅｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｉｒｏｎ，ｎｉｃｋｅｌａｎｄｔｕｎｇｓｔｅｎｉｎｔｕｎｇｓｔｅｎｇｒａｉｎｏｆｔｕｎｇｓｔｅｎｈｅａｖｙａｌｌｏｙ，ａｎｄｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｐｈａｓｅｉｓｆａｖｏｕｒａｂｌｅｔｏｅｎｈａｎｃｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅａｌｌｏｙ．Ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｐｈａｓｅａｐｐｅａｒｅｄｔｏｂｅａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｐｏｓｔ—ｓｉｎｔｅｒｉｎｇｖａｃｕｕｍｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｓｔａｔｅｏｆｔｕｎｇｓｔｅｎｈｅａｖｙａｌｌｏｙｃａｎｂｅｓｈｏｗｅｄｏｎｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅ，ａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｓｔｏｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔａｒｅｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｕｎｇｓｔｅｎｈｅａｖｙａｌｌｏｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｇｓｔｅｎ；ｈｅａｖｙａｌｌｏｙ；ｆｒａｃｔｕｒｅ
万方数据
W-Ni-Fe高比重合金断口形貌研究
作者：刘桂荣， 刘国辉， 王铁军， 吴诚
作者单位：钢铁研究总院,安泰科技股份有限公司,北京,100081
刊名：
中国钨业
英文刊名：CHINA TUNGSTEN INDUSTRY
年，卷(期)：2004，19(3)
引用次数：6次
参考文献(5条)
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220)<112><,NiFe>//{-220)<111><,W>的取向关系。
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