D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.02.015 第22卷第2期 北京科技大学学报 Vol.22 No.2 2000年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2000 高Ni/Fe比W-Ni-Fe系重合金烧结行为 黄继华张立春 桂晓峰 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 摘要研究了钨质量分数为90%的高Ni/Fe比WNi-Fe系重合金在不同工艺参数（烧结温度、 烧结时间等)下的烧结行为.研究结果表明：在相同烧结条件下，随粘结相中NiFε比增加钨合 金烧结密度增加，致密化速率提高，同时烧结过程中W晶粒生长速率增大：当NiF©比较低时， 钨合金在循环烧结条件下难以实现完全致密化：但对高NiF©比钨合金，循环烧结不仅可以获 得比等温烧结更高的烧结密度，而且还可以有效地控制烧结过程中W晶粒的长大，获得细晶 钨合金， 关键词高密度钨合金；Ni/Fe比：烧结行为：循环烧结 分类号TF125.2 目前，国内外W-Ni-Fe高密度钨合金中都 而且还可以利用β相弥散强化粘结相，使合金进 采用73或1/1的Ni/Fe比(Ni,Fe相对质量分 一步强化，从而制备可时效强化钨合金. 数).其主要原因是：根据W-Ni-Fe三元相图和 本文研究高NiFe比(C82)钨合金的烧结行 实际对比研究，当钨含量（质量分数为90%~ 为，即合金烧结密度和组织结构随烧结工艺参 95%)一定且4/6<Ni/Fe<8/2时，W-Ni-Fe三元 数的变化规律，为研究高Ni/Fe比可时效强化钨 系经液相烧结平衡条件下将得到W+y两相组 合金提供理论基础 织，没有金属间化合物析出，合金具有较好的性 能，尤其具有较好的塑性：而当Ni/Fe<3/7时， 1实验方法及材料 合金烧结时致密化速率低，且从烧结温度开始 本文主要研究高Ni/Fe比(>8/2)90W合金 就有金属间化合物析出：当Ni/Fe>8/2时，冷却 的烧结行为.选取的Ni/Fe质量比（下同）分别为 过程中随基体相（粘结相）中钨的固溶度降低， 7/3,8.5/1.5,9/1,9.5/0.5,其中73试样为对比样.试 在970℃附近也能析出B相（金属间化合物 验所用粉未为还原钨粉、羰基铁粉和羰基镍粉， WNi)l-.由于这2种类型Ni/Fe比钨合金中都 其品质参数见表1. 有脆性金属间化合物析出，其综合性能（尤其是 原料粉末分别在球磨筒中干混48h后，模压 塑性)均较低.但是，值得注意的是β相的析出是 成型（成型压力为196MPa),然后在氢气气氛下 一个过饱和固溶体的脱溶过程，完全可以通过 烧结.烧结时采用2种烧结制度：普通等温烧结 固溶时效来控制其沉淀行为，使之在粘结相(y) 时烧结温度为1400,1460和1480℃，烧结时间 中弥散析出.因此，在固溶时效条件下不仅有可 为15,30和60min;循环烧结的温度循环如图1. 能避免高Ni/Fe比(>8/2)合金中B相的有害作用， 采用水静法测量烧结密度，用扫描电子显微镜 表1原料粉末的品质参数 Table 1 Characteristics of starting powders 粉末 元素的质量分数/% 松装密度/ 摇实密度/ W fe Ni Q 0 N Si g·cm3 g·cm3 钨粉 99.99 0.003 0.001 0.0020.002 0.0001 2.72 3.87 铁粉 99.5 ≤0.1 ≤0.3 ≤0.1 2.2-2.3 3.0-4.0 镍粉 0.003 99.7 0.12 0.14 0.001 0.87 2.82 1999-12-15收稿黄继华，男，38岁，教授，博士 分析合金的组织结构. *国家自然科学基金资助课题(No.59471036,No.59971007)第 2 2 卷 第 2 期 2 0 0 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s ity of S c i e n c e a n d Te e h n o l o gy B e ij i n g V 办1 . 2 2 N 0 . 2 A P L 20 0 高 N i/ F e 比 W 一 N i 一 F e 系重合金烧结行为 黄继 华 张立 春 桂晓峰 北京科技大学材料科学 与工程 学院 北京 10 00 8 3 摘 要 研 究 了钨 质量 分数 为 90 % 的高 Ni / Fe 比 WN i 一 Fe 系重合 金在 不 同工 艺参 数 ( 烧结温度 、 烧 结 时 间等 ) 下的烧 结行 为 . 研 究结果 表 明: 在 相 同烧 结条 件下 , 随粘 结 相 中 iN 下 e 比增 加钨合 金烧 结密 度增 加 , 致密 化速 率提 高 , 同时烧 结 过程 中 W 晶粒生 长速 率 增大 : 当 iN 下 e 比较 低 时 , 钨合 金在 循 环烧 结条 件下 难 以实现 完 全致密 化 : 但 对高 iN 用e 比 钨合 金 , 循环 烧结 不仅 可 以获 得 比 等温 烧 结更 高 的烧 结 密度 , 而且 还可 以有 效地 控制 烧 结过 程 中 W 晶粒 的长大 , 获 得细 晶 钨合 金 . 关键 词 高密度 钨 合金 : iN 邝e 比 ; 烧 结行 为 : 循 环烧 结 分 类号 T F 1 25 .2 目前 , 国 内外 W 一 iN 一 eF 高密 度钨 合金 中都 采用 7 /3 或 l /1 的 N i邝e L匕 ( N i , F e 相 对质量分 数 ) . 其主 要 原 因 是 : 根据 W 一 N i 一 F e 三元相 图和 实际 对 比 研究 , 当钨 含量 ( 质量 分数为 90 % 一 9 5% ) 一 定且 4 /6 < N i下e < 8 /2 时 , W 一 N i 一 F e 三 元 系经 液相烧 结平 衡 条件 下 将得 到 W+Y 两 相 组 织 , 没有 金属间化合物析 出 , 合金具有较好的性 能 , 尤其 具有较 好 的塑性 ; 而 当 N i/ eF < 3 7/ 时 , 合金 烧 结时致 密 化速率低 , 且 从烧结温度 开 始 就有金 属 间 化 合物 析 出 : 当 N i/ eF > 8 2/ 时 , 冷却 过程 中随基体 相 ( 粘 结相 ) 中钨 的固溶 度 降低 , 在 97 0 ℃ 附 近 也 能 析 出 刀相 ( 金 属 间化 合 物 WN .i) `,川 . 由于 这 2 种类 型 iN 用e 比钨 合金 中都 有脆性金 属 间 化合物析 出 , 其综 合性 能 ( 尤其 是 塑 性 ) 均较低 . 但是 , 值得注 意的是 p相 的析 出是 一个 过饱和 固 溶体 的脱溶过程 , 完 全可 以通过 固溶 时效来控 制其沉淀行 为 , 使之在 粘结相 (帕 中弥散析 出 . 因此 , 在 固溶 时效条件 下 不 仅有可 能避 免高 N i/ F e 比 >( 8/ 2) 合金 中p相 的有害作用 , 而 且 还可 以利用 p相 弥散强 化粘结相 , 使合金 进 一 步强 化 , 从而制 备可 时效强 化 钨合金 . 本 文 研究 高iN 用e 比 (>8 2/ )钨 合金 的烧结 行 为 , 即 合金烧 结密度和 组 织结构 随 烧结工 艺 参 数 的变 化规律 , 为研 究高 iN 邝e 比 可 时效强 化钨 合金提 供理 论 基础 . 1 实验方 法及材料 本文 主 要 研 究高 N i压e 比 ( > 8 /2 ) g OW 合 金 的烧 结 行为 . 选取的 N i邝 e 质量 比 ( 下 同 ) 分别为 7 /3 , 8 . 5 /1 . 5 , 9 / 1 , 9 . 5 /0 . 5 , 其 中 7 /3 试 样为对 比样 . 试 验 所用 粉末 为还原钨粉 、 拨基铁粉和 碳 基镍 粉 , 其 品 质参数 见 表 1 . 原料粉末分别在球磨筒 中干 混 48 h 后 ,模压 成型 ( 成型 压 力为 1 9 6 M P a) , 然后 在氢气 气氛下 烧结 . 烧结 时采用 2 种烧结制度 : 普通等温烧结 时烧结温 度 为 1 4 0 , 1 4 60 和 1 4 80 ℃ , 烧 结时 间 为 1 5 , 3 0 和 6 0 m i n ;循环烧 结的温度循环 如图 1 . 采用水 静法测量 烧结密度 , 用扫描 电子 显微镜 表 1 原 料粉 末 的品质 参 数 aT b l e 1 C h a r a e t e ir s ti e s o f s t a r t i n g P o w d e r s 粉 末 元素 的质量分数%/ W F e N i C 0 N 5 1 松装密度 / g · e m 一 3 摇实密度 / g · c m 一 3 钨粉 铁粉 镍粉 99 . 9 9 0 . 0 0 1 0 . 0 0 0 1 三 0 . 1 0 . 0 0 1 2 . 7 2 2 . 2 ~ 2 . 3 0 . 8 7 3 . 8 7 3 . 0 ~ 4 . 0 9 9 . 7 2 . 8 2 19 9 一 12 一 15 收稿 黄继华 , 男 , 38 岁 , 教 授 , 博士 * 国家 自然 科学 基金 资助 课题 ( N o 乃 94 7 1 0 3 6 , N o . 59 9 7 10 0 7 ) 分 析合金 的组织结构 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 02. 015