高Ni/Fe比W-Ni-Fe系重合金烧结行为

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

·150· 北京科技大学学报 2000年第2期 液相烧结条件下，粘结相中Ni/Fe比的增加将产 生2种效应：其一，粘结相中Ni含量的提高将增 01480 加W在粘结相中的溶解度，从而使烧结过程中 +1400 液相量增多；其二，粘结相中Ni含量的提高有 利于改善烧结过程中液态粘结相对W颗粒的润 30 60 湿性.很明显这2种效应均有利于提高合金在 烧结过程中的致密化速率，促进合金致密化，即 t/min 宏观上在烧结工艺参数（烧结温度和时间）相同 图1循环烧结温度曲线 的条件下，随Ni/Fe比提高无论在固相烧结条件 Fig.1 Temperature-time schematic diagram of circular sintering process 下还是在液相烧结条件下合金烧结密度均增加： 而在烧结温度相同的条件下合金致密化速率随 2结果分析与讨论 粘结相中Ni/Fe比增加而增加.由于一般烧结致 密化过程中的传质机构都是热激活，理论上，合 2.1高Ni/Fe比钨合金等温烧结行为 金的烧结密度应随烧结温度提高而增加，图2中 不同Ni/Fe比钨合金普通等温烧结致密化 Ni/Fe比为7/3的合金也的确如此.但对于高Ni/ 行为如图2和图3所示，其中图2为合金烧结 Fe比(>82)合金，烧结温度高于1460℃时，烧结 密度随烧结温度（烧结时间为30min)的变化曲 密度反而有所下降.这主要是因为烧结过程中 线.由图可见，所有高Ni/Fe比(>8/2)钨合金的 液相量过多，高温下容易引起试样表面起泡所 烧结密度一温度曲线均位于Ni/Fe比为73的 致.因此相同条件下高Ni/Fe比合金需要而且可 钨合金的上方，说明无论在固相烧结条件下，还 以在较低的温度下烧结， 是在液相烧结条件下高Ni/Fe比(>8/2)铬合金 17.5 均可以获得比Ni/Fe比(7/3)钨合金更大的烧结 送 17.0 密度，而且Ni/Fe比越高烧结密度越大. 17.4 16.5 6—7.0/3.0 16.0 —8.5/1.5 17.0 60 -a-9.0/1.0 15.5 w—9.5/0.5 16.6 。7.0/3.0 m—8.5/1.5 15.0 16.2 10 30 40 50 60 -a-9.0/1.0 米—9.5/0.5 t/min 15.8 图3不同Ni/Fe比钨合金烧结密度随时间的变化曲线 1380 1400 1420 14601480 Fig.3 Effect of sintering time on the densities of tungsten t/℃ heavy alloys with different Ni/Fe ratios 图2不同Ni/Fe质量比钨合金烧结密度随温度变化曲线 Fig.2 Effect of sintering temperature on the densities 图4是相同烧结工艺条件(1480℃和60min) of tungsten heavy alloys with different Ni/Fe ratios 下Ni/Fe比为9.5/0.5和7/3合金的SEM照片，从 中可以比较2种合金在烧结过程中的W晶粒长 图3为不同Ni/Fe比钨合金烧结密度随烧 大情况.根据已有的研究，高密度钨合金烧结过 结时间的变化曲线（烧结温度为1480℃）.当Ni/ 程中W晶粒长大机理主要是溶解析出过程，其 Fe比较低(73和8.5/1.5)时，即使烧结温度较高 长大速率与W在液相中的溶解度C和扩散系数 (1480℃)，15min烧结后试样密度仍很低；只有 D有关，即W晶粒长大速率常数 烧结时间较长(>30min)时，试样密度才能接近 koDC/kT1-fi)] 理论值：但对于高Ni/Fe比(9/1或9.5/0.5)钨合 (1) 金，烧结时间仅为15min即可使试样接近完全 式中，k为Boltzmann常数，f为固相体积分数，T 致密，延长烧结时间，合金密度变化不大.Ni是 为热力学温度.由于W在液态粘结相中的溶解 W的活化烧结元素，在固相烧结条件下，粘结 度随粘结相中Ni/Fe比增大而增大，因此相同烧 结条件下Ni/Fe比为9.5/0.5合金的W晶粒明显 相中Ni/Fe比的增加即合金系中Ni含量的提高 有利于烧结过程中物质迁移过程的进行.而在 大于Ni/Fe比为73合金的晶粒

一 1 5 0 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0 年 第 2 期 卯 1 4 80 七 1 4 0 0 到 海一互鱼甲 0 r /m i n 图 1 循环 烧结 温度 曲线 F ig · 1 Te m P e r a tu ~ t im e s e h em a t i e d i a g r a m o f e icr u l a r s i n t e r i n g P r o e e s s 2 结果分析与讨论 2 . 1高 N 盯F e 比钨合金等温烧结行为 不 同 N i邝 e 比 钨合金普 通等温烧 结致密 化 行 为如 图 2 和 图 3 所示 , 其 中图 2 为合金 烧 结 密 度 随 烧结温度 ( 烧 结时间 为 30 m in) 的变 化 曲 线 . 由 图可见 , 所有 高 N 许 e 比 ( > 8 /2) 钨合 金的 烧 结密 度一温度 曲线均位 于 iN /eF 比 为 7 3/ 的 钨合金的 上方 , 说 明无论在 固相 烧 结条件下 , 还 是 在液相烧 结条件 下 高 iN 用e 比 >( 8/ 2) 铬 合金 均可 以 获得 比 iN 用e 比 (7 3/ ) 钨 合金更 大 的烧结 密度 , 而 且 N i用 e 比越 高烧 结密 度 越大 . 液相 烧 结条件 下 , 粘 结 相 中 N i/ eF 比 的增 加将产 生 2 种效应 : 其 一 , 粘 结相 中 N i含量 的提 高将 增 加 W 在 粘结相 中的 溶解度 , 从而 使烧结过 程中 液 相 量增 多 ; 其 二 , 粘结 相 中 N i 含量 的提 高有 利 于 改善 烧结 过 程中液态粘结相 对 W 颗粒的 润 湿 性 . 很 明 显 这 2 种 效应均有利于 提 高合 金 在 烧结过程 中的 致密化速率 , 促进合 金 致密 化 , 即 宏观上在烧 结工 艺 参数 ( 烧结温度和 时间 ) 相 同 的条件 下 , 随 N i邝 e 比提高无论在 固相 烧结条件 下 还是 在液相烧 结条件下合 金烧结密度均增加 ; 而 在烧 结温度相 同 的条件下 合金 致密化速率 随 粘 结 相 中N i用e 比增加而 增加 . 由于 一 般烧结致 密 化 过程 中的传质机 构都是 热激活 , 理论 上 , 合 金 的烧 结密度应 随烧 结温度提高而 增加 , 图 2 中 N i用e 比为 7/ 3 的 合金 也 的确 如 此 . 但对于 高 N i/ F e 比 ( > 8/ 2 ) 合金 , 烧结温度 高于 1 4 60 ℃ 时 , 烧 结 密 度反 而 有所下 降 . 这主 要 是 因为烧 结过程 中 液相 量过 多 , 高温下 容易 引 起试样表面 起 泡 所 致 . 因此相 同条件下 高 N i/ eF 比合金 需要而 且 可 以在较低 的 温度下 烧 结 . 1 7 . s f一一 ~ 一 ~ — - 一 - 一 一一一一 一 { 17 . 0 卜 一 一 一 一 一 落竺生任一` 一~ ~ 二二= = = ,日。 · 1 妙d 7 . 4 1 7 . 0 16 . 5 16 . 0 怡 一一 王〕 一一 7 0 /3 . 0 一」卜 - - 8 . 5 /1 . 5 一 -侧、 一 一 .9 0 /1 . 0 - -一 , 岭一 - 一 9 . 50/ . 5 妙 吸 1 6 . 6 16 . 2 一一 -刁合- - 一 ~ - - 一」 . - 一 - , 乌 - - 弓肠一- 一 7 . 0 /3 . 0 8 . 5 / 1 . 5 9 . 0 / 1 . 0 .9 5 0/ .5 1 5 . 8 } . 。 卜 l 1 3 8 0 1 4 0 0 1 4 2 0 1 4 6 0 1 4 8 0 t / ℃ 图 2 不 同 N 盯F e 质量 比钨 合金 烧结 密度 随温度 变 化曲线 F i g · 2 E fe e t o f s i n t e r i n g t e m P e r a t u er o n t h e d e n s i t i e s o f ut n gs t e n h e a v y a l l o y s w i t h d i fe er n t N 盯F e r a t i o s 图 3 为不 同 N i用e 比钨合金烧 结 密度 随烧 结时 间 的变化 曲线 ( 烧结温度为 1 4 80 ℃ ) . 当 N i/ F e 比较低 ( 7 /3 和 8 . 5 / 1 . 5 ) 时 , 即使烧 结温 度较高 ( 1 4 8 0 ℃ ) , 巧 m in 烧 结后 试样密 度仍 很低 ; 只 有 烧结 时间 较长 >( 30 m in) 时 , 试 样密度才 能接近 理论值 ; 但对于 高 iN 用 e 比 (9 l/ 或 9 . 5 0/ . 5) 钨合 金 , 烧结 时 间 仅 为 15 m in 即 可 使试样接 近完全 致密 , 延 长烧 结时 间 , 合金 密度变化 不 大 . N i 是 W 的活化烧 结元素 , 在 固相烧 结条件 下 , 粘结 相 中 N 评e 比 的增加 即 合金 系中 N i 含 量的提高 有利 于 烧结过 程 中物质 迁移过程 的进行 . 而 在 15 . 0 L es 一一 一 一 - L一 — 一比 一 一 一 10 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 r 八1l l n 图 3 不 同 N 评 e 比钨合 金烧 结密 度随 时 间的变化 曲线 F ig . 3 E fe e t o f s i n t e r i n g t i m e o n t h e d e n s it i e s o f t u n g s t e n h e a v y a ll o y s w i t h d i fe r e n t N 订F e r a ti o s 图 4 是相 同烧结 工 艺条件 ( 1 4 8 0 oC 和 6 0 m i n ) 下 N i /F e 比为 9 . 5 /0 . 5 和 7 /3 合金 的 S E M 照 片 , 从 中可 以 比较 2 种 合金 在 烧结过程 中的 W 晶粒长 大情况 . 根据 已 有 的研 究 , 高密 度钨合金烧 结过 程 中 W 晶 粒长 大机 理主 要 是 溶解 析 出过 程 , 其 长大速率 与 W 在液相 中的溶解度 C 和 扩 散系数 D 有关 , 即 W 晶 粒长大速率常 数 k oc D C 7〔k爪l 一f , ,, )」 ( l ) 式 中 , k 为 B ol t z l n an 常数 , f 为 固相 体积分 数 , T 为热力 学温度 . 由于 W 在液态粘 结相 中的 溶解 度 随粘 结相 中N i用e 比增大而 增 大 , 因 此相 同烧 结条件 下 N i用e 比为 9 . 50/ . 5 合金 的 W 晶 粒 明显 大于 N i/ F e 比 为 7/ 3 合金 的晶粒

Vol.22 No.2 黄继华等：高NiFe比W-Ni-Fe系重合金烧结行为 ·151 (b) 图4NVFe质量比9.S/0.5(m)和73(b)合金SEM照片(1480℃60min) Fig.4 SEM micrographs of tungsten heavy alloys with 9.5/0.5 and 7/3 NUFe ratios 2.2高NVFe比钨合金循环烧结行为 (≤8.5/15)时普通等温烧结所获得的密度明显 针对上述高Ni/Fe比钨合金较普通钨合金 大于循环烧结密度：但随Ni/Fe比增加循环烧结 烧结致密化速率高的特征，为了寻求控制烧结 致密化速率增加迅速，在高NiFe比(>8.5/l.5) 过程中W晶粒长大、制备细晶钨合金的方法和 条件下循环烧结密度大于普通等温烧结密度， 途径，试验中还对循环烧结和普通等温烧结条 比较普通等温烧结和循环烧结工艺参数不难发 件下高Ni/Fe比合金的烧结行为进行了研究.如 现：(1)2种烧结制度最高烧结温度均为1480℃， 图5为普通等温烧结(1480℃，30min)和循环烧 但普通等温烧结在最高烧结温度下的保温时间 结（图I)条件下钨合金烧结密度与Ni/Fe比的 (30min)大大多于循环烧结在最高烧结温度下 关系曲线.无论是普通等温烧结还是循环烧结， 的保温时间（累计6min):(2)除液相烧结外循 合金烧结密度都随Ni/Fe比单调递增，其机理前 环烧结工艺还含有一个长时间的固相烧结过程 面已作讨论. (1400℃，累计180min),与之相对应，试样的致 17.25 密化也包括固相烧结和液相烧结2个过程 17.15 如上所述，Ni是W的活化烧结元素，无论 是固相烧结还是液相烧结，其致密化速率均随 17.05 粘结相中NiFe比即合金系中Ni含量的增加而 16.95 ◆一环 增大.当Ni/Fe比较低时，固相烧结阶段致密化 件通等湿 16.85 速案较低，而循环烧结的液相烧结时间又比等 温烧结短得多，因此循环烧结比等温烧结密度 16.75 7 o 低：当NiFe比较高时，固相烧结阶段致密化速 Wao 率大大提高，虽然循环烧结的液相烧结时间比 图5不同烧结条件下钨合金密度随w的蛮化曲线 等温烧结短，但由于其包含一个长时间的固相 Fig.5 Density vs.Ni content for tungsten heavy alloys un- 烧结过程，循环烧结仍可获得比等温烧结更高 der different sintering condition 的烧结密度. 这里值得注意的是当Ni/Fe质量比较低 图6为Ni/Fe质量比为9.5/0.5合金循环烧 a 图6NVFe质量比为9.5/0.5合金等温烧结(m)和循环烧结b)SEM照片 Fig.6 SEM micrographs of tungsten heavy alloy with 9.5/0.5 Ni/Fe ratio under diferent sintering conitions

·152 北京科技大学学报 2000年第2期 结和等温烧结试样的SEM照片.如上所述，高 (3)当Ni/Fe比较低时，钨合金在高温短时 Ni/Fe质量比重钨合金烧结过程中W晶粒长大 液相烧结加低温长时固相烧结即循环烧结条件 主要按溶解析出机制进行，烧结后试样中W晶 下难以实现完全致密化；但对高Ni/Fe比钨合 粒大小主要与烧结过程中液相烧结阶段的保温金，循环烧结不仅可以获得比等温烧结更高的 时间有关，液相烧结阶段的保温时间越长，W晶 烧结密度，而且还可以有效地控制烧结过程中 粒长大越严重.由于循环烧结过程中液相烧结 W晶粒的长大，获得细晶钨合金 阶段的保温时间非常短，因此烧结后W晶粒远 参考文献 比等温烧结细小.这一结果说明高Ni/Fe比钨合 金循环烧结不仅可以获得高的烧结密度，而且 1 Winslow F R.The Iron-Nickel-Tungsten Phase Diagram. U.S.Atomic Energy Commission,Union Carbide Corpor- 还可以有效地控制烧结过程中W晶粒的长大， ation,Nuclear Division,1971 获得高性能细晶钨合金， 2 German R M.Critical Developments in Tungsten Heavy Alloys.In:Proceedings of the First International Confer- 3结论 ence on Tungsten Tungsten Alloys.Arlington,Virginia, 1992.3 (I)在相同烧结条件下，随粘结相中Ni/Fe比3 Dowding RJ,.Hogwood M C.Tungsten Alloy Properties 即合金系中Ni含量增加钨合金烧结密度增加， Relevant to Kinetic Energy Penetrator Performance.In: 致密化速率提高.因此，高NiFe比钨合金可以 International Conference on Tungsten and Refractory 在较低的烧结温度和较短的烧结时间条件下实 Metals.Mclean:Mclean Hillton,1994.3 现烧结， 4 Caldwell S G.Variation of Ni/Fe Ratio in W-Ni-Fe Alloys: A Current Perspective.In:International Conference on (2)在相同烧结条件下，随粘结相中Ni/Fe比 Tungsten Tungsten Alloys.Arlington,Virginia,1992.89 即合金系中Ni含量增加钨在粘结相中溶解度 5 Zubillaga C,Hernandez F,Urcola JJ,Fuentes M.Experi- 增加，烧结过程中W晶粒长大速率增大. mental Analysis of Tungsten Coarsening in Liquid Phase Sintering.Acta Metall,1989,37(7):1865 Sintering Behavior of Tungsten Heavy Alloys with High Ni/Fe Ratios HUANG Jihua, ZHANG Lichun, GUI Xiaofeng Materials Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083 ABSTRACT The sintering behavior of tungsten heavy alloys with high Ni/Fe ratios was investigated.The results show that under the same sintering conditions,the sintered densities of the alloys and the growth rate of the tungsten grains increase with the increase of the Ni/Fe ratio.The tungsten heavy alloys with low Ni/Fe ratios are difficult to be densified by the circular sintering process.For the alloys with high Ni/Fe ratios,how- ever,the circular sintering is a effective process to obtain a high density sintered and restrain the growth of tungsten grains during sintering. KEY WORDS tungsten heavy alloy;Ni/Fe ratio;sintering behavior;circular sintering

. 1 5 2 . 北 京 科 技 结和 等温烧结试 样 的 S EM 照 片 . 如上所述 , 高 N i邝e 质量 比重钨合 金烧 结过程 中 W 晶粒长 大 主 要 按溶解析 出 机制进 行 , 烧结后 试样 中 W 晶 粒大 小主 要 与烧 结过程 中液相 烧结 阶段 的保温 时 间有关 , 液相 烧 结阶段 的保温 时 间 越长 , W 晶 粒长 大越严重 . 由于 循环烧 结过程 中液相 烧 结 阶段 的 保温 时间 非常短 , 因 此烧 结后 W 晶粒 远 比等温烧 结细 小 . 这 一 结果说 明 高 iN 用e 比钨 合 金循环烧 结不 仅 可 以获 得高 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 高性能细 晶 钨合金 . 3 结论 ( 1) 在相 同烧结条件下 , 随粘结 相 中iN 压e 比 即 合金 系 中 N i 含 量增加 钨合金烧 结密度增 加 , 致密 化速 率提 高 . 因 此 , 高 iN 压e 比钨合金 可 以 在较低 的烧 结温 度和 较短 的 烧结 时 间条件 下 实 现烧 结 . (2 ) 在相 同烧结条件下 , 随粘结相 中iN 邝e 比 即 合金 系 中 N i 含 量增加 钨在粘 结相 中溶解度 增加 , 烧 结过程 中 W 晶 粒长 大速率增 大 . 大 学 学 报 2 0 0 0 年 第 2 期 (3 ) 当 N i下 e 比 较低 时 , 钨合金在 高温短 时 液相 烧结加低温 长时固相烧结即 循环烧结条件 下 难 以 实现完全 致密化 ; 但对 高 iN 邝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 . 参 考 文 献 1 iW n s l o w F R . T h e l or n 一 N i e k e l 一 uT n g s t e n P h a s e D l a g r a m . U . 5 . A t o m i e E n e gr y C o m m i s s i o n , U n i o n C a br id e C o pr o r - at i o n , N u e l e a r D i v i s i o n , 19 7 1 2 G e mr an R M . C r i ti e a l D e v e l o P m e n t s i n uT n g s et n H e va y A l l o y s . I n : P or e e e d i n g s o f ht e Fi r s t I n t e nr at i o n a l C o n fe r - e n e e o n uT n g s t e n & T u n g s t e n A l l o y s . A r l i n gt o n , Vi gr i n i a , 19 9 2 . 3 3 D o w d i n g R J , H o Wg o o d M C . uT n g s t e n A l1 o y P r o P e rt i e s eR l e v a in t o K i n e t i e E n e r g y P e n e tr at o r P e r fo mr an e e . I n : I n t e m a t i o n a l C o n fe r e n e e o n T u n g s t e n an d R e fr a e ot yr M e at l s . M e l e an : M e l e an H i ll t o n , 1 9 9 4 . 3 4 C a ldw e ll S G . 、 恤r lat i o n o f N iF/ e Rat i o i n W 一 N i 一 F e A ll o y s : A C u er n t Pe r s P e e ti v e . I n : I nt e nr at i o n a l C o n fe r e n e e o n uT n g s t e n & uT n g s et n A ll o y s . A r li n gt o n , V igr i n i a , 19 9 2 . 89 5 Z u b il l a g a C , H e m an d e z F, U r e o l a J J , F u e net s M . E x P e r i - m e n t a l A n a ly s i s o f uT n g s t e n C o a r s e n i n g i n L iq u i d P h a s e S i n t e r i n g . A e t a M e t a ll , 1 9 8 9 , 3 7 ( 7 ) : 1 8 6 5 S i n t e r i n g · B e h a v i o r o f uT n g s t e n H e a v y A l l o y s w it h H i g h N 盯F e R a t i o s H 乙月刀G iJ h u a , 2 1丈4N G L ic h un , G UI Xi a ofe ng M at e r i a l s S e i e n e e an d E n g i n e e r i n g S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 A B S T R A C T T h e s int e r i n g b e h a v i o r o f t u n g s t e n h e a Vy a lloy s w iht h igh N i/F e art i o s w a s i n v e s t i g at e d . T h e r e s u lt s s h ow ht at un d e r ht e s am e s int e r i n g e o dn it i o n s , ht e s int e r e d d e n s it i e s o f ht e a lloy s an d ht e g r o w th r at e o f ht e t u n g s t e n g r a l n s i n e er a s e w iht ht e i n e r e a s e o f ht e N i/Fe r at i o . T h e t u n g s t e n h e a v y a ll o y s w iht l o w N i用e art i o s a r e d iif c u lt t o b e d e n s iif e d b y ht e e i r c u l a r s int e r i n g P r o e e s s . F or ht e a lloy s w iht h i g h N i用 e r at i o s , h o w - e v e r, ht e e i r c u l ar s i n t e r i n g 1 5 a e fe e ti v e P r o c e s s t o o b t a i n a h ihg d e n s iyt s int e r e d a n d er s tr a i n ht e g r o w ht o f t u n g s t en g ar i n s d u ir n g s i n t e r i n g . K E Y W O R D S t u n g s t e n h e a Vy a ll o y ; N i邝 e r a ti o : s i n t e ir n g b e h va i o r : e ier u lar s i n t e ir n g