Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ系重合金中锰的作用机制的研究聂常绅，吴琳，刘金红，韩丽华（五二研究所 ）（天津钢管公司）摘要通过Ｍｎ的加入量的变化对９３Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ合金力学性能的影 响，以及对合金中钨颗粒和粘结相的组成与含量，合金的显微及断口形貌，Ｍｎ及Ｏ、Ｓ的分布状 态及它们间所形成夹杂物的类型、结构、尺寸、形态和分布等的系统研究，探讨了Ｍｎ在Ｗ－Ｎｉ －Ｆｅ－Ｃｏ系重合金中的作用及其机制。关键词Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ系重合金，ＭｎＯＳ夹杂 物，Ｍｎ的作用机制１引言Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ系重合金中加入适量的Ｍｎ之后，可显著提高其 力学性能。对此，国内外已进行了大量研究。如Ｇｒｉｅｒｓｏｎ等￣［１］指出，Ｍｎ可改善合 金的扭转韧性和对缺口的敏感性；周国安等￣［２］认为，Ｍｎ可固溶强化基体；袁礼福等之研究 表明，Ｍｎ可显著提高烧结态合金的塑性和韧性。但对Ｍｎ的作用机制，迄今尚未见详细报导。本 文通过Ｍｎ的加入量的变化对９３Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ合金力学性能的影响；以及对合金中钨颗 粒和粘结相的组成与含量，合金的显微及断口形貌；Ｍｎ及Ｏ、Ｓ的分布状态；Ｍｎ同Ｏ、Ｓ所形 成夹杂物的类型、结构、尺寸、形态和分布等的系统研究，探讨了ＭＤ在Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ系 重合金中的作用机制．进而为该类合金塑性和韧性的提高，提供了一种技术途径。２试验试验用９ ３Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ（Ｍｎ）合金试样，１￣＃不含Ｍｎ，２￣＃含０．０５％Ｍｎ，３￣＃ 含０．１０％Ｍｎ，４￣＃含０．１５％Ｍｎ，其它组份之含量均相同。将构成其合金的各种金属 粉末均匀混合，在等静压下压实成坯，在氢气气氛中进行液相烧结，最后予以真空退火处理。在试 验中，采用直径１０ｍｍ标准短拉力试佯和１０×１０×５５（ｍｍ）无缺口冲击试样，分别测定 会金的室温，δ、Ψ和；用光学显微镜和扫描电子显微镜分别观察合金的显微及断口形貌；以Ｘ射 线衍时法鉴定钨颗粒和粘结用的结构；用物理化学相分析法测定钨颗粒和粘结相的含量与组成；以 Ａｕｇｅｒ电子谱仪测定夹杂物的组成、形态，尺寸、分聂常绅研究员包头市四号信箱０１４０３ ４布和Ｍｎ、Ｏ、Ｓ等元素的面分布；用电子衍射法鉴定Ｍｎ同Ｏ、Ｓ所形成夹杂物的类型及其结 构。３结果与讨论３．１Ｍｎ对合金力学性能的影响当合金中加入不同量的Ｍｎ时，其合金的力学 性能示于表１。结果表明，尽管钨合金性能数据分散性较大，但从其统计规律来看，Ｍｎ的存在， 也可使真空退火态合金的塑性和韧性得以提高。３．２合金中钨颗粒和粘结相的含量与组成合金系 由ｂｃｃ的Ｗ［Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ（Ｍｎ）］颗粒和ｆｃｃ的ｒ－Ｎｉ，Ｆｅ，Ｗ，Ｃｏ（Ｍｎ） ］粘结相所构成￣［３］。用物理化学相分拆方法￣［４］测得结果表明，钨颗粒占合金的含量为 ９１．８６ｗｔ％，其中Ｗ含量高达９９．８１％，而Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ的含量很少，钨颗 粒基本上接近于纯Ｗ；粘结相的含量则为８．１４ｗｔ％，其组成（ｗｔ－％）为：Ｗ１７，３７ ，Ｎｉ５１．１４，Ｆｅ２６．９６，Ｃｏ３．７５，其中Ｍｎ的含量则随其加入量的增加而增高 。Ｍｎ的存在及其加入量的变化，其粘结相和钨颗粒的含量及组成未见变化。３．３Ｍｎ对合金显 微及断口形貌的影响观察结果表明，Ｍｎ的存在与否，其合金的显微形貌未见变化，钨颗粒的大小 和粘结相的分布状态基本用同。但其合金的断口形貌，随着Ｍｎ的加入，则有明显改善：钨颗粒的 穿晶解理断裂量显著增多，粘结相的塑性变形程度显著增高。表明其粘结相同钨颗粒间的结合强度 显著提高。３．４Ｍｎ对Ｏ、Ｓ等元素分布状态的影响合金中Ｍｎ、Ｏ、Ｓ等元素的面分布状态示 于图１、图２。结果表明，当合金中不含Ｍｎ时，Ｏ原子和Ｓ原子主要偏聚于钨颗粒和粘结相间的 界面上，而当有Ｍｎ存在时，其Ｏ和Ｓ则主要集中于Ｍｎ的氧化物和流比物中．很少再偏聚于钨颗 粒和粒结相之界面上。此外，由Ｍｎ的面分布图（图２ｃ）和合金中钨颗粒及粘结相的组成可知， Ｍｎ除主要集中于它的氧化物和硫化物之外，还不同程度地存在于粘结相和钨颗粒中。３．５Ｍｎ 和Ｏ、Ｓ所形成夹杂物的类型、结构、形态、尺寸及分布状态由电子衍射鉴定表明，Ｍｎ和Ｏ、Ｓ 所形成夹杂物的类型有ｆｃｃ的ＭｎＯ和Ｍｎ＿３Ｏ＿４，四方晶系的Ｍｎ＿２Ｏ＿３和ｒ－Ｍｎ ＿２Ｏ＿３，ｂｃｃ及正交晶系的Ｍｎ＿２Ｏ＿３，正交晶系的ＭｎＯ＿２及γ－ＭｎＯ＿２，六 角晶系的δ－ＭｎＯ＿２和ｆｃｃ的α－ＭｎＳ。由Ａｕｇｅｒ之ＳＥＭ可知，这些氧化物和硫化 物的颗粒很小，呈球形，且弥散分布于粘结相中。３．６Ｍｎ在合金中的作用机制如上之研究结果 表明，当合金中不含Ｍｎ时，其中的Ｏ、Ｓ等杂质元素主要偏聚于钨颗粒同粘结相之界面上。界面 上这些杂质元素的存在，严重阻碍了钨颗粒同粘结相间的结合，降低了两者间的结合强度，进而降 低了合金的力学性能。但当合金中有Ｍｎ存在时，其Ｏ和Ｓ同Ｍｎ之间便形成了氧化物和硫化物。 一方面，这些氧化物和硫化物颗粒细小，呈球形，且弥散分布于粘结相中，对粘结相的自身强度不 会产生明显的不良影响。另一方面，正是由于Ｏ和Ｓ同Ｍｎ之间形成氧化物和硫化物及其在粘结相 中的弥散分布，净化了钨颗粒／粘结相的界面，从而大大提高了钨颗粒同粘结相间的结合强度，进 而使合金的力学性能，尤其是塑性和韧性，得以提高。此外，尚有部分Ｍｎ固溶于粘结相中。由于 Ｍｎ的原子尺寸大于Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ，使其原Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ所形成固溶体之点阵发生畸变， 因而，对粘结相尚有一定的固溶强化作用。４结论（１）Ｍｎ的存在。可使Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ 系重合金的塑性和韧性得以提高。（２）Ｍｎ在合金中，主要以球形细小颗粒状面心立方晶系的Ｍ ｎＯ和，四方晶系的γ－Ｍｎ＿２，正交、四方及体心立方晶系的Ｍｎ＿２Ｏ＿３，正交晶系的Ｍ ｎＯ＿２及γ－ＭｎＯ＿２六角晶系的δ－ＭｎＯ＿２和面心立方晶系的α－ＭｎＳ之状态弥散分 布于粘结相中，且部分固溶于粘结相和扩散于钨颗粒中。（３）Ｍｎ在合金中的作用机制为：其一 ，对Ｏ原子和Ｓ原子等杂质元素在钨颗粒／粘结相界面上的净化作用，从而提高了钨颗粒同粘结相 间的结合强度，进而使合金的塑性和韧性得以提高；其二，对粘结相的固溶强化作用，使粘结相强 度亦予提高。（４）借加入某一或某些可净化钨颗粒／粘结相界面的合金元素，以提高钨颗粒同粘 结相间的结合强度，是提高合金塑性和韧性的一种技术途径。唐文泰、张晓荣、于新霞、李胜杰、 侯彩云、黄文涛等参加了试验工作，在此谨致谢意。参考文献｜｜１ＧｒｉｅｒｓｏｎＲ，Ｌａｒ ｓｅｎＥＩ．ＵＳＰａｔｅｎｔ，１９７６；３９８８１１８．２周国安，赖和怡，吴青莲．钴、 锰在Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ合金中的作用及其浸润机理的探讨．稀有金属，１９８７，１１（５）：３４ ２．３聂常绅，吴琳，王德云．由氧化还原法所得再生钨基高密度合金组织结构的研究．金属学报 ，１９８９，２５（１）：Ｂ４８；ＴｈｅＰｒｏｃｏｆ１２ｔｈＩｎｔＰｌａｎｓｅｅＳｅｍｉ ｎｅｒ．Ａｕｓｔｒｉａ，１９８９，１：８９１．４聂常绅，韩丽华，吴琳等．Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ 系重合金中粘结相的定量测定．分析化学，待发表．ＡＣＴＩＯＮＡＮＤＭＥＣＨＡＮＩＳＭＯＦ ＭｎＩＮＷ－Ｎｉ－Ｆｅ－ＣｏＳＥＲＩＥＳＨＥＡＶＹＡＬＬＯＹＳ￥ＮｉｅＣｈａｎｇｓｈｅ ；ＷｕＬｉｎ；ＨａｎＬｉｈｕａｅｔａｌＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓｔｕ ｄｙｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅｂｙｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＯｉｎ ａｌｌｏｙｐｏｗｄｅｒｓａｎｄａｄｄｉｎｇａｍｏｕｎｔｓｏｆＭｎｆｏｒｔｈｅｅｆｆｅｃ ｔｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ９３Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏａｌｌ ｏｙ，ａｓｗｅｌｌａｓｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｏｆＷｇｒａｉｎｓａｎ ｄｂｉｎｄｅｒｐｈａｓｅ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｆｒａｃｔｏｇｒａｐｈ，ｄ ｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＭｎ，ＯａｎｄＳａｎｄｔｈｅｔｙｐｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓ ｉｚｅ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕ－ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｃｌｕｓｉｏ ｎｓｆｏｒｍｅｄｂｙＭｎａｎｄＯａｎｄＳｉｎｔｈｅａｌｌｏｙ．Ｔｈｅａｃｔｉｏｎａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＭｎｉｎＷ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏｓｅｒｉｅｓｈｅａｖｙａｌｌｏｙｓｈ ａｖｅｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｔｅｃｈｎｉｃａｌｗａｙｆｏｒｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅ ｍｅｎｔｏｆｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｓｈａｓｂｅｅｎｇｉｖｅｎ．ＫＥＹＷ ＯＲＤＳＷ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏｓｅｒｉｅｓｈｅａｖｙａｌｌｏｙｓ，ｄｉｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆＭｎＯＳ，ＭｎａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：ＮｉｅＣｈ ａｎｇｓｈｅｎ，ＰＯＢｏｘ４，Ｂａｏｔｏｕ，０１４０３４W－Ni－Fe－Co系重合金中 锰的作用机制的研究@聂常绅，吴琳，刘金红，韩丽华$天津钢管公司Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ系重 合金，ＭｎＯＳ夹杂物，Ｍｎ的作用机制通过Ｍｎ的加入量的变化对９３Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ合 金力学性能的影响，以及对合金中钨颗粒和粘结相的组成与含量，合金的显微及断口形貌，Ｍｎ及 Ｏ、Ｓ的分布状态及它们间所形成夹杂物的类型、结构、尺寸、形态和分布等的系统研究，探讨了 Ｍｎ在Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ系重合金中的作用及其机制。１ＧｒｉｅｒｓｏｎＲ，Ｌａｒｓｅｎ ＥＩ．ＵＳＰａｔｅｎｔ，１９７６；３９８８１１８．２周国安，赖和怡，吴青莲．钴、锰在Ｗ －Ｎｉ－Ｆｅ合金中的作用及其浸润机理的探讨．稀有金属，１９８７，１１（５）：３４２．３聂常绅，吴琳，王德云．由氧化还原法所得再生钨基高密度合金组织结构的研究．金属学报，１９８９，２５（１）：Ｂ４８；ＴｈｅＰｒｏｃｏｆ１２ｔｈＩｎｔＰｌａｎｓｅｅＳｅｍｉｎｅｒ．Ａｕｓｔｒｉａ，１９８９，１：８９１．４聂常绅，韩丽华，吴琳等．Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ系重合
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