合金元素对钼合金制备工艺及组织、性能影响研究

来源 :辽宁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guoqing123456789
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钼是一种具有重大战略意义的稀有金属资源,为改善其强度低、塑性差等缺陷,通常掺入其他元素对钼合金进行强化,以提高其适用范围。目前,关于掺入合金元素对钼合金的性能影响研究比较少,工业上我国钼产品生产很不规范,生产工艺也比较混乱。核心技术的缺失直接造成我国钼产品在国际上缺乏竞争力。为改善这一现状,本文通过改变钼合金制备工艺参数,研究了不同粉末冶金工艺(冷压压力、烧结温度、保温时间)对钼合金组织性能的影响。通过分别掺入Cu、Ta、Nb三种不同合金元素,系统研究了合金元素及其含量对钼合金组织性能的影响,并分别阐明了Cu、Ta、Nb等合金元素对钼合金强化机理。研究结果表明:采用单向压制制备出的掺杂钼合金压坯密度与冷压压力的关系同样适用于黄培云双对数理论,随着冷压压力的提高,压坯密度逐渐增加,但其增长速率逐渐降低。在钼合金烧结过程中,合理的烧结工艺可以有效促使合金化过程的顺利进行,并保证液相对Mo晶粒润湿作用达到较佳状态。在研究范围内,随着烧结工艺参数(烧结温度、保温时间)的提高,钼合金力学性能均表现为先上升后下降的趋势。合金元素中,高温下液相Cu可逐渐填充孔隙、粘结Mo相,当烧结温度为1650℃,保温时间为1h时,Cu相完全润湿Mo相,此时Cu在Mo晶粒间形成均匀分布的网络状结构,对Mo骨架具有较强的粘结作用。Ta、Nb元素则逐渐完全固溶于基体Mo中,由晶格畸变产生的应力场对位错运动的阻碍作用逐渐达到最大,对钼合金基体产生强化作用。合金元素的掺入可以有效降低纯钼的再结晶温度,提高钼合金的力学性能。掺入的Cu元素通过液相烧结润湿基体Mo,相比于Ta、Nb元素可以较大地提升钼合金致密性,改善合金塑韧性。当Cu含量增加到12%时,钼合金相对密度达到最大值95.8%。随着Cu含量持续增加至16%时,合金强度及延伸率分别为335MPa和11.78%,均接近最大值。添加的Ta、Nb元素,可以通过固溶于Mo中形成置换固溶体,极大地对钼基体产生强化作用,提升钼合金力学性能。当Ta、Nb掺入量分别为8%和2%时,钼合金抗拉强度分别为320MPa和335MPa,均接近最大值。随着Ta、Nb掺入量分别继续增加至10%和6%时,钼合金硬度分别达到最大值267.7HV和238.7HV,相比于纯钼分别提升了近34.2%和19.6%。并且适当的添加Ta、Nb元素通过吸附出孔隙中存在的氧原子,形成稳定的第二相氧化物Ta2O5和Nb2O5,可以净化合金内杂质元素,并有效降低孔隙内气体压力,促使孔隙收缩,提高钼合金致密化程度。但氧化相属于脆性相,Ta2O5含量的增加造成合金断口形貌中出现穿晶解理断裂,不利于合金塑性。过高的富Ta、富Nb氧化物相会造成合金内部Ta、Nb元素偏聚严重,从而直接导致合金强韧性能下降。
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