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微波烧结W-Ni-Fe高密度合金研究

周承商  
【摘要】:微波烧结具有能耗小、安全、无污染等一系列优点,获得的材料表现出快速致密、组织均匀、力学性能优异等特征,在近20年来备受关注。钨基高密度合金是采用传统液相烧结工艺制得的粉末冶金材料,在军用和民用领域有着广泛应用。鉴于微波烧结的特殊优势和钨基高密度合金的重要价值,本论文将微波烧结技术引入钨基高密度合金的制备,研究了微波烧结制备W-Ni-Fe合金的工艺、合金显微组织、以及致密化行为,得到以下结论: (1)微波烧结能快速制备高致密、力学性能优异的W-Ni-Fe高密度合金。研究发现,升温速度是微波烧结的一个重要参数,90W-7Ni-3Fe高密度合金可以20-105℃/min升温速度范围内烧结出相对密度约99%、屈服强度560-630 MPa、拉伸强度850-930 MPa,延伸率约20%的样品。而最佳升温速度约为80℃/min。在最佳的微波烧结工艺参数条件下,90-98W高密度合金均能获得优异的性能,其中最佳抗拉强度和延伸率性能分别为:90W(1020 MPa,25.2%)、93W(1030 MPa,24.7%).95W(1050 MPa,24.2%)和98W(940 MPa,11.3%)。其主要性能指标高于常规烧结处理高密度合金的最佳性能。 (2)采用微波烧结在1500℃×10 min制备的90W-7Ni-3Fe高密度合金,相比同等温度条件下常规烧结的变形量小。另外,微波烧结工艺同时烧结多个W-Ni-Fe压坯是可行的,这对工业生产有积极意义。微波烧结能以更低的烧结温度或更短的保温时间获得综合性能优异的合金。微波烧结时间短、升温速度快,与常规烧结相比,高效节能的优势明显。 (3)与常规烧结对比,微波烧结W-Ni-Fe合金致密化过程中,在1300℃之前致密化速度较慢,但1300℃之后特别是液相出现后迅速致密。微波烧结高密度合金在1480℃保温0至10 min间相对密度超过常规烧结。并且,微波烧结时过快的升温速度会阻碍合金的致密,尺寸较大的样品尤其如此。在微波烧结较大尺寸(37×38×38 mm)的样品时存在内冷外热的温度梯度,即未能有效地实现体积加热。其晶粒尺寸、两相分布都出现了不均匀现象。液相的分布不均可能是因电磁力作用造成。此外,与常规烧结比较,虽然微波烧结达到全致密样品的W晶粒尺寸较小,但在相同的温度条件下,微波烧结的晶粒生长速度快于常规烧结。


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