軋制變形對93WNiCu合金微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響

王 玲，劉桂榮，裴燕斌

（安泰科技股份有限公司，鋼鐵研究總院，北京，100081）

0 前言

WNiCu合金因具有高的密度、高的強度、更好的抗腐蝕性以及無磁性等，已廣泛應(yīng)用在慣性導(dǎo)航陀螺儀、自動駕駛儀上。為了滿足高速、高精度導(dǎo)航陀螺儀的需要，要求WNiCu合金具有高強度、高密度和高的均勻性。很多研究工作者對WNiCu重合金進行了大量的研究工作［1-2］，研究重點主要著眼于微觀結(jié)構(gòu)、斷裂方式以及缺陷對其力學(xué)性能的影響，還有學(xué)者采用熱等靜壓（HIP）方法提高鎢合金的致密度和抗拉強度［3］，但很少有學(xué)者對WNiCu合金的變形強化進行研究，長期以來對鎢合金的變形強化主要集中于對WNiFe合金的研究［4-6］。本文主要從變形強化的角度探討軋制變形對WNiCu合金的力學(xué)性能的影響。作者采用冷軋變形工藝，以93WNiCu合金為研究對象，分別從力學(xué)性能、微觀組織、斷口分析的角度來探討軋制變形對材料力學(xué)性能的影響。

1 實驗方法

實驗選用液相燒結(jié)WNiCu合金，成分為93WNiCu，采用機械混料方式混料，混料后摻入黏結(jié)劑，采用模壓壓制成型，通過脫蠟、燒結(jié)過程得到了燒坯尺寸為40mm×100mm×2.3mm的材料，材料致密度達到99％以上。使用JM250可逆冷軋機對坯料進行單向軋制，經(jīng)過多道次低變形量軋制，每道次軋制力控制在30t，使材料總變形量分別達到5％、10％、15％、20％，觀察燒結(jié)態(tài)和軋制變形態(tài)材料內(nèi)部的顯微組織，并對變形前后的材料進行室溫拉伸力學(xué)性能測試，通過拉伸斷口形貌觀測分析軋制變形對材料力學(xué)性能的影響。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 軋制變形對93WNiCu合金微觀組織結(jié)構(gòu)的影響

常規(guī)燒結(jié)態(tài)93WNiCu合金由硬質(zhì)相W與WNi-Cu粘結(jié)相組成，其顯微組織見圖1所示，W顆粒呈近球形均勻分布在W-Ni-Cu粘結(jié)相中。對軋制變形量為20％的片材分別從三個方向取樣觀察內(nèi)部顯微組織，三個方向分別為材料表面、橫剖面、縱剖面。圖2為材料表面的顯微組織，圖3為材料橫剖面的顯微組織，圖4為材料縱剖面的顯微組織。從圖中可以看到材料受軋制力的影響，材料內(nèi)部W顆粒明顯變形，由原始的近球形擠壓變形成長條狀，粘結(jié)相受到擠壓變形分布在條狀W顆粒周圍。由圖3與圖4的電鏡照片比較可以明顯看到，縱向拉長明顯于橫向拉長。

圖1 燒結(jié)態(tài)93WNiCu顯微組織

圖2 軋制變形態(tài)93WNiCu表面顯微組織

圖3 軋制變形態(tài)93WNiCu橫剖面顯微組織

2.2 軋制變形對93WNiCu合金力學(xué)性能的影響

對軋制前后的93WNiCu合金進行力學(xué)性能測試。對軋制后片材延軋制方向取樣，測試燒結(jié)態(tài)以及不同變形量的片材的室溫力學(xué)性能。測試結(jié)果如表1所示，其中材料抗拉強度與變形量的關(guān)系如圖5所示，材料延伸率與變形量的關(guān)系如圖6所示，從實驗結(jié)果得出軋制變形可以大大提高93WNiCu的抗拉強度，當(dāng)總變形量達到20％時，其抗拉強度由燒結(jié)態(tài)的900MPa增大到1270MPa，其延伸率由7.6％降低到4％。據(jù)文獻記載［3-5］：材料強度的大幅度提高是由于材料內(nèi)部組織發(fā)生變化導(dǎo)致了材料斷裂機制的變化。后面將對材料斷口進行分析來驗證上述觀點。

表1 軋制前后93WNiCu合金力學(xué)性能

圖5 抗拉強度與變形量的關(guān)系

圖6 延伸率與變形量的關(guān)系

2.3 材料斷口分析

鎢合金的拉伸性能與其斷裂方式有著密切的關(guān)系，常規(guī)鎢合金斷裂的發(fā)生主要由4部分組成：W-W界面分離；W-粘結(jié)相分離；粘結(jié)相韌性撕裂；W顆粒穿晶解理斷裂［6-7］。其中W顆粒穿晶斷裂會表現(xiàn)出很高的強度，而粘結(jié)相撕裂會表現(xiàn)出很好的塑性。本文分別對軋制前后材料的拉伸斷口進行微觀形貌觀測，圖7為常規(guī)燒結(jié)態(tài)93WNiCu合金的斷口，圖8是變形量為20％的93WNiCu合金斷口。從斷口可明顯看到兩種狀態(tài)的材料斷裂機制明顯不同，常規(guī)燒結(jié)態(tài)的斷口主要由粘結(jié)相撕裂為主，而軋制變形態(tài)斷口幾乎全部呈W顆粒穿晶解理斷裂，因此，后者具有更高的抗拉強度，而延伸率較前者低。可見，隨著軋制變形的發(fā)生，93WNiCu合金內(nèi)部組織發(fā)生明顯變化，W顆粒由近球形變形成條狀組織，導(dǎo)致材料在斷裂過程中從原本以粘結(jié)相撕裂為主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橐訵顆粒穿晶斷裂為主導(dǎo)，從而大大提高了材料的抗拉強度，同時降低了部分延伸率。

圖7 常規(guī)燒結(jié)態(tài)93WNiCu斷口

圖8 軋制變形態(tài)93WNiCu斷口

3 結(jié)論

（1）93WNiCu合金材料經(jīng)過軋制變形后內(nèi)部鎢顆粒呈條帶狀，粘結(jié)相均勻分布在鎢顆粒之間。

（2）軋制變形可提高93WNiCu合金的抗拉強度，降低延伸率。20％變形量的軋制變形就可使得材料的室溫抗拉強度由燒結(jié)態(tài)的900MPa提高到1 270MPa，延伸率由7.6％降低到4％。

（3）軋制變形使93WNiCu材料斷裂方式由粘結(jié)相撕裂為主轉(zhuǎn)變?yōu)殒u顆粒斷裂為主，從而導(dǎo)致材料強度的增加、延伸率的降低。

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