制备方式对MoRe合金组织性能的影响（稀有金属材料与工程论文）

制备方式对制备方式对MoReMoRe合金组织性能的影响 稀有金属材料与工合金组织性能的影响 稀有金属材料与工 程论文 程论文 第36卷增刊3xx年9月稀有金属材料与工程RARE METALIATERIALS ANDENGINEERING Vo1 36 Supp1 3Septemberxx制备方式对MoRe合金组织性能的影 响张军良 李中奎 张小明 张 西北有色金属研究院 清 周军 付洁 王东辉陕西西安7100161摘要通过粉冶和熔炼2种制备方式分 别制取了3mm O 1mm的丝及O 03mm O 3mm l mm的窄带 对不同加工阶段的样品进行了金相观察 扫描电镜分析 及拉伸性能 弹性模量测试等 比较了2种制备方式的显微组织和力学性能 为工程应用选材提供了 依据 关键词铝铼合金 粉冶 熔炼组织 性能中图法分类号TG146 4A10 02 185X xx 3 355 041前言钼铼合金是当前国际上研究应用较多的一类合金 由于纯钼的室温脆性限制了应用范围 在钼中添加铼可显著降低钼 的韧脆转变温度 提高再结晶温度 提高室温塑性及高温强度 特 别是在钼合金发生再结晶后仍具有一定塑性 这从根本上改善了钼的性质 扩大了应用领域 纯铼具有弹性模量高的特性 在所有金属中仅次于锇 是很理想的 弹性材料 但纯铼的加工硬化较快 一般要在15 加工率后进行退 火处理 加工难度很大I2j 而将Mo Re合二为一 弹性模量介于二者之间 加工性能非常优异 完全避免了各自的不利因素 形成了十分理想的弹性材料 由于MoRe合金具有高温性能及弹性性能两大优势而破广泛应用于航 空航天 核能 电子 军工等重要的工业部门 一般钼合金的制备有2种方法 一是粉末冶金法 二是熔炼法 粉末冶金法工艺简单 成材率高 熔炼法提纯效果好 密度高 由于加工工艺路线的不同 合金的性能亦会有所区别 为了得到适合于所需使用性能的钼铼合金材料 本研究对这2种不同 加工方式制备的合金显微组织和力学性能进行了研究 通过对比找 出2种制备方法的差异 为工程上选择MoRe合金的加工工艺路线提供 依据 2试验方法本项试验选用的原料为工业纯Mo粉 Mo一1 和高纯铼粉 99 99 按照适当的粒度搭配及质量配料 配料质量比为Mo Re 59 41 V型混料机混粉 将混合粉进行氢气还原 再冷等静压成型 垂熔烧结 制成16 5mm 600mm的合金条 将合金条分为2批 一批直接旋锻 拉丝 轧制 或窄带 另一批采用电子束悬浮熔炼制成合金锭 再进行锻造 旋 锻 拉丝 轧制或窄带 对垂熔条及熔炼锭取样进行化学成分分析及金相检验 对丝材进行 金相组织检验 扫描电镜断口分析 拉伸性能和弹性模量检测 了 解2种材料的显微组织和力学性能差异 以及它们之间的关系 3试验结果与分析3 1材料的化学成分表1给出了铼粉 钼粉 垂熔 条 熔炼锭的化学成分分析结果 从中可以看出原料Mo粉氧含量较高 经过还原 垂熔烧结 脱氧效 果较为明显 含量从660 tg g降到了60 tg g 再经电子束悬浮熔 炼 氧含量进一步降低 达到20 tg g 其它杂质含量显示出增加的表1不同状态原料和坯料的杂质含量tabl e1im puritycontent inraw material andblank underdifferent status0tg g notek na m n ti co sb cd cr w sn n andother minimelements inre powderwere neglectedxx 06 31作者简介张军良 男 1955年生 高级工程师联系作者李中 奎 教授 西北有色金属研究院难熔金属研究所 陕西西安710016 电话029 86231082 356 稀有金属材料与工程第36卷趋势 这可能是因为分 析方法及精度的差异 加工过程不接触杂质不会导致杂质的增加 因杂质总量不大 对材料性能的影响可不考虑 唯有氧含量对Mo的 性能影响作用明显 必须慎重对待 试验表明 粉冶法所制得材料的氧含量相对较高 而熔炼法所制得 材料的氧脱除较为彻底 氧在Mo中一般分布于晶界 易造成Mo的晶间脆性 加入铼后形成 Mo Re O型化合物 此种氧化物不浸润晶界 因而提高了晶界结合力 改善了Mo的脆性引 将MoRe合金用于制作电真空元件 在高温下长时间服役过程中 合 金中的氧会逐渐析出 降低系统真空度 影响元件性能及寿命 由 此可知降低合金中氧含量的重要意义 作为弹性材料 因在较低温度下使用 则可不考虑氧含量对使用性 能的影响 3 2材料的金相组织及扫描断口钼铼合金烧结条及熔炼锭的金相组 织如图I所示 从图中可以看出 烧结条晶粒较细 晶界及晶内有较多的气孔 这 是粉冶法不可避免的缺陷 熔炼锭组织粗大 但没有气孔等缺陷 图l2种方法制备钼铼合金坯料的显微组织Fig 1M icrostructureof MoRe alloy preparedby two kinds ofmethod a sintered bar 200 and b fusion cast经锻造 旋锻 链式拉丝到3mm的丝材金相组织如图2所示 粉冶法丝材金相组织为较细的纤维图2钼铼合金与丝材纵横向显微组 织 200Fig 2The longitudinaland crosssection microstructureof MoRe alloy f ine bar a the CROSSsection ofsintering feed b the longitudinalsection ofsintering feed c the crosssection offusion cast and d the longitudinalsection offusion cast组织 局部仍有气孔未闭合而产生的蚀坑 熔炼法金相组织虽经锻造 旋锻拉拔 组织仍比粉冶法粗大 但没 有气孔等缺陷 经进一步拉拔及中间热处理 粉冶法丝材的气孔已弥合 孔洞缺陷 消失 熔炼法丝材的组织也进一步细化 组织与粉冶法的差别在缩小 图3为直径O 1mm细丝的金相照片 从图中已看不出气孔蚀坑及组织的差异 图4为粉冶法及熔炼法制成的3mm丝材拉伸断口形貌 二者均为韧窝结构 属于塑性断裂的特征 二者的区别在于粉冶法 样品裂纹扩展方向垂直于拉伸轴 断口为圆形韧窝结构 而熔炼法 样品除了垂直拉伸轴的裂纹扩展之外 还有平行拉伸轴的裂纹扩展 断口形貌为韧窝底部向纵深扩展的裂纹 分析原因认为 熔炼法组织粗大 轴向晶粒长度较长 拉伸时产生 晶内滑移 晶界分离形成以单个晶粒为单元的微区颈缩 断口显示 出晶界分离的纵向裂纹 3 3材料的拉伸性能3mm细棒拉伸试验结果如表2所示 从表中可以看出粉冶料的抗拉强度比熔炼料的高出100MPa 屈服强 度高出80MPa 延伸率也稍高一些 分析原因认为 粉冶料晶粒细化的作用 使强度提高 虽然粉冶料存在未弥合的气孔 但经过加工 气孔被拉长 变细 对轴向抗拉强度的影响不太明显 而纤维组织增刊3许春来等掺杂bi 2o3对钛酸锶钡铁电陶瓷显微结构和介电性能的影响细化所起的强化 作用占据主导地位 4材料的弹性模量粉冶料和熔炼料加工态的弹性模量 测试结果如表 2MoRe合金细棒拉伸性能表3 Table2Tensile propertiesofMoRe alloyfinebar表3不同加工率丝材的弹性模量图32种丝材的纵向显微 组织 500Fig 3The longitudinalsection microstructureof thewires made by powder metallurgy technique a and melting method b 图42种丝材拉伸断口形貌Fig 4The tensilefracture oftwokindswires a fracture sectionmade by powder metallurgytechnique and b fracture sectionmadebymelting methodTable3Elastic modulusof wirewith differenceworking ratesType40 5mm40 18mm40 1mm Narrowstrip PureM owire弹性模量反映金属原子问结合力大小 与加工 热处理关系不 大 要通过加工方式改变弹性模量效果不好 只能通过合金成分的 变换来改变弹性模量 剞 从表3中可以看出 粉冶法与熔炼法制备的丝材随着加工过程的进行 弹性模量还是有较大变化 且有 定的规律性 如O 5mm丝加工到窄带后 2种MoRe材料的弹性模量分别增加了55GP a和71GPa 增加比例为18 4 和24 5 在此过程中弹性模量是单调增加的 原因可能与材料的组织状态 位错密度等有一定关系 5结论1 熔炼法对MoRe合金杂质去除 特别是降低氧含量有明显效果 2 熔炼法的MoRe合金致密性好 而粉冶法的内部存在气孔 且很难 通过变形加工弥合 只有当加工率很大时气孔才可忽略不计 3 熔炼MoRe合金铸锭锻造后的晶粒组织比较粗大 而粉冶法的锻造 晶粒细小 由此造成强度的差异 粉冶法旋锻棒的拉伸强度比熔炼法旋锻棒高出10 达到1126MPa 延伸率也稍高于熔炼法 4 2种制备方式对弹性模量影响不大 但细丝的弹性模量较熔炼法的 稍高一些 随着加工率的增大 弹性模量单调增大 5 在工程应用上可根据不同的使用要求合理选择加工工艺 即在真 空状态下服役的合金在利用合金的高温性能时以熔炼法为宜 在室 温下使用的合金在利用弹性性能时可选择粉冶法 相当参考文献References 1 Tan Qiang 谭强 China MolybdenumIndustry O 国钼业 J 1998 22 1 27 2 Yang Shanglei 杨尚磊 Shanghai Metals 上海金属 J xx 27 1 45 3 tan shuanbin 谭栓斌 rare f日 稀有金属 j xx 27 358 稀有 金属材料与工程第36卷 6 788 4 huang mingzhi 黄明志 mechanical propertiesofmetals 金属力学性能 m xi anxi an jiaotonguniversity press 198673e fectof preparationm ethodson them icrostructure and mechanical propertiesof them o re alloyzhang junliang li zhongkui zhang xiaoming zhang qing zhou jun fu jie wang donghui northwest institutefor nonferrous metal research xi an710016 china abstractthe mo realloywire andna rowstrip wereproduced byusing thepowder metallurgytechnique andthe meltingmet hod which sizeare3 0mm 1 0mm and0 03mm x0 3mm x1mm respectively the microstruct urean dmecha nical propertieswere studiesby om sem tension test elastic modulustest for the samplebypowdermetallurgy melt ingmet hod t he resultsshowed thatt heimpurity ocontent islower obvious the densityis higher but themicrostructure coarsen the tensiles ength islower10 is smaller the elasticmodulus isco respond forthesample meltingm hod the resultsprovides thebase for engineeringapplicat ion key wordsmo realloy powdermetallurgy meltingme