张存信，秦丽柏，米文宇，白志国（中国兵器科学院 宁波分院，宁波315103）
摘要：综合介绍了我国近年来对穿甲弹用高度密钨合金实施添加微量元素合金化强化和旋转锻造、扭转变形、静液挤压等形变情话的研究进展，以及对于绝热剪切机理和数值模拟计算的研究现状，并介绍了机械合金化置备纳米钨合金复合粉末、温压成形及预氧化活化烧结等特种制备技术方面的最新试验研究进展。通过全面分析目前我国穿甲弹用高密度钨合金试验研究中存在的一些主要问题，提出我国穿甲弹用高密度钨合金今后研制的主攻方向，以及促进高性能穿甲弹用钨合金研制应采取的策略与措施。
关键词：穿甲弹；钨合金：研究现状；发展展望
中国分类号：TF125.241    文献标识码：A   文章编号：1673—0224（2006）3-127-06
高密度钨合金是一类以钨为基（钨的质量分数通常为80％~97%）,并添加有Ni、F、Mn、Co、Cu、Mo、Cr等于元素的合金，其密度高达16.5～19.0g/㎝³。高密度钨合金不仅密度大，而且还具有一系列优异的性能，例如强度高、硬度高、延性好、机械加工性能好、热膨胀系数小、导热系数大、抗氧化和抗腐蚀性能好、可焊性好等。这些优异的性能使其在尖端科技领域、军事和民用工业中得到了广泛的应用，例如用作杆式动能穿甲弹的弹芯材料、平衡配重元件、惯性元件、射线屏蔽材料等[1]。随着主战坦克、舰船装甲及各种军事工事的日益加强化，对穿甲弹性能提出了越来越高的要求。高密度钨合金杆式动能穿甲弹，不仅具有良好的穿甲威力，而且与贫铀合金穿甲弹相比具有无毒性、无放射性污染等优点，是当今世界各国装备的主要穿甲弹用材料，也是穿甲弹今后发展的主要方向。为此，本文拟通过综述我国穿甲弹用高密度钨合金研制的最新进展情况，分析目前存在的主要问题及其造成的原因，进而探讨解决这些问题的具体措施和策略。
1   近年来的主要研究进展
随着科学技术日新月异的发展和装甲防护技术水平的不断提高，对弹用高密度钨合金的要求越来越高，尤其是要求在保证高密度的前提下兼有高的强度和良好的韧性。因此，如何提高和改善高密度钨合金形变强化后的强度和塑性是当前的重要研究课题之一。近年来，为了进一步提高钨合金的强韧性，国内在合金化、变形强化、绝热剪切、数值模拟及制备工艺技术上进行了大量研究，取得了明显的进步和众多的科研成果。
1.1 微合金化研究
钨金的强化机制主要有固溶强化、弥散强化、沉淀强化和界面强化等。固溶强化的元素主要有Re, Me, Nb, Ta, Ir等。钨合金中的Mo, Ta, Re, Nb, Hf, V和Cr等元素具有与W相同的体心立方晶格；它们可以固溶于W，也可以在一定程度上固溶于粘结相中，从而达到对钨基重合金的固溶强化，其中Hf的强化作用最大，其次为Ta,Nb和Re[2]。
弥散强化包括直接强化和间接强化，直接强化主要来源于位错与弥散颗粒的相互作用，而间接强化主要是由于高密度位错网组成的亚晶粒相互作用提高合金的强度。界面强化主要是优化晶界（提高晶界强度或减少杂质在晶界的偏聚），而且若在界面上形成固溶体，可增强界面结合力和提高材料强度。另外，由于具有良好的界面，粘结相可通过界面将应力传递给钨颗粒，可有效的减轻粘结相的承载力，使粘结相和基体协调变形，减少沿晶裂纹的发生，从而提要材料的强度[3]。沉淀强化方法有抑制沉淀相析出强化，第二相析出强化和钨弥散强化3种。抑制沉淀相析出是改善和提高钨合金性能的有效方法，一般采用固溶+淬火的热处理工艺来避免沉淀相析出，同时抑制杂质元素在界面上偏聚，以获得较洁净的钨／基体界面[4]。在W-Ni-Fe高密度合金中添加少量Co可增强基体相对钨颗粒的润湿性，使钨颗粒表面更加圆滑，更加有利于塑性变形，更能提高合金的钨颗粒与基体相之间的界面结合强度，从而提高合金的强度和延伸率。同时，加入的Co,在液相烧结的初期，优先与铁和镍形成熔点低、流动性好的共晶，很好的促进组分原子在液相中扩散，从而加速液相烧结的进程、细化合金的显微组织[5]。刘志国等成功地制备了新型W-Ni-Fe-TiB2合金，并发现TiB2均匀分布于粘结相中，添加2％的TiB2的合金较未添加TiB2的合金相对密度和硬度都较高，可对材料的粘结相起强化作用[6]。冯庆芬等则对La、Ce对93WniFe合金的动态拉伸性能进行了研究 ,发现这2种元素可提高钨合金的动态性能，并有固溶强化和界面净化作用[7]。
钨合金的杂质元素包括H,O,C,N,P,S和Si等。由于这些元素的原子半径较小，在钨合金中有很强的扩散能力，因而比较容易在晶界、相界等能量较高的位置发生偏聚，甚至生成脆性相，从而降低钨合金的性能。在这些杂质元素中危害较大的是H，它主要分布在粘结相和钨/粘结相界面上导致氢脆，消除氢脆的主要方法是在保护气氢（N2,Ar）下退火，其中尤以真空热处理效果最好。P是对钨合金危害较大的另一种元素，因为P很容易偏析到钨/粘结相界面上使合金脆化，当P含量超过其在W相或粘结相的极限溶解度时将发生P的偏析和产生NiP2沉淀。与P伴生的另一种杂质是S，它也能偏析在W/粘结相的界面上，在93W-4.9Ni-2.1Fe合金中，当S含量达到0.01％时合金的冲击韧性明显下降。另外，S还可以同K和O形成化合物，聚集在气孔的内表面上。Si和Na是原料钨粉中的另外2种常见杂质元素，它们通常以SiO2和NaSiO3形式存在。Si和Na的掺杂使合金的密度、抗拉强度、延伸率、颈缩率等均明显下降，其在钨合金中可允许的极限含量为：Si,210×10-6；Na,150×10-6；大于此极限含量就会对合金性能产生很大的影响[8]。(未完待续)
参  考
［1］庞前列。高密度W-Ni-Fe合金的研究及发展[J].中国钨业，2000，15(4)：34－36。
［2］王玉金，宋桂明，赵宇。合金元素及第二相对钨合金性能的影响[J]。宇航材料工艺，1998，28(5)：11－18。
［3］张太全，王玉金，宋桂明，等。钨及钨合金的变形、断裂及强化机制研究综述[J。有色金属，2004，56(1)：7－12。
［4］王辅忠，李荣华。高比重钨合金沉淀强化的研究[J]。材料报导，2003,17(1):16－17。
［5］唐新文，罗述东，易健宏。添加钴对W-Ni-Fe高密度合金性能的影响[J]。粉末冶金材料科学与工程，2003，8(3)：196－200。
［6］刘志国，张宝生，庄育智。新型W-Ni-Fe-TiB2合金[J]。中国有色金属学报，1995，5(4)：107－111。
［7］冯庆芬，丁东华，方民宪，等。La,Ce对93WniFe合金动态拉伸性能的影响[J]。兵器材料科学与工程，2003，26(3)：7－10。
［8］周国安，刘勇，邓欣，等。Si、Na掺杂的W-Ni-Fe高比重合金界面结构的影响[J]。兵器材料科学与工程，1999，22(3)：3－7。


信息出处：粉末冶金材料科学与工程 

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