我國穿甲彈用鎢合金研究的最新進展和展望（二）

1.2 變形強化研究

目前，用粉末冶金方法制備的高密度鎢合金（燒結態）的抗拉強度一般達900～1000Mpa，伸長率在20％～30％之間；而經過塑性形變強化以後，其強度可較大幅度地提高，塑性則有所下降。經過塑性變形加工後，鎢合金強度可超過1400MPa,伸長率也可保持在10％左右[9]。

軋制、旋轉鍛造、扭轉變形、靜液擠壓等形變強化是提高鎢合金材料強度並保證一定韌性的有效方法，而且還可有效細化晶粒[10]。鍛造變形是提高鎢合金強度的常用工藝，常規的變形量為15％左右。鎢合金材料的強度隨變形量增大而提高，變形量愈大鎢顆粒變形程度愈大，且變形程度增大將導致斷裂向鎢顆粒轉移[11]。軋制還可獲得較大的變形量並能保證變形的均勻性，且能使大的晶粒破碎成小晶粒，並能得到均勻分布的微觀組織；軋制可提高鎢棒的密度和減少空隙度，提高生產效率和降低制造成本。但由於軋制一次變形量小且開坯溫度和終軋溫度都較高，材料表面氧化及汙染相對嚴重，能耗也較高，因此在實際生產中受到一定的極限。

旋轉鍛造也提高鎢合金的強度和穿甲效果，在經過多道次旋鍛後，鎢合金的強度和硬度等力學性能較旋鍛前會有較大幅度的提高，但伸長率會將低。大變形使得球狀鎢顆粒被拉長變成纖維狀組織，能較大幅度的提高材料的力學性能。靜夜擠壓技術是一種難變形材料塑性加工工藝，主要分冷靜液擠壓和熱靜液擠壓，它是鎢合金目前最為有效的形變強化方法之一，它具有一次變形即可獲得較大變形量和可大幅度提高材料強度的特點。在靜液擠壓3向壓應力作用下，不僅能有效防止材料在變形時鎢顆粒的拉斷和開裂，有利於材料內部原有微觀孔隙的愈合，同時能夠細化顯微組織，有利於近淨成形、提高利用率、降低成本和提高產生效率[12]。鎢合金采用靜液擠壓形變強化並進行退火處理後，在材料中形成位錯密度很高的胞狀結構，其形變後的鎢顆粒呈方向性排列，且材料的破斷方式以鎢顆粒解理斷裂為主。靜液擠壓工藝形變強化的各向受力均勻，變形過程中材料不易出現變形缺陷，不需加熱，一次變形量大，93W的一次最大形變量可達50％左右[13]。
 

1.3 絕熱剪切研究

絕熱剪切是材料或構件內剪應變高度集中的狹窄區域，是高應變率加載條件下材料變形、斷裂的特殊機制。絕熱剪切變形局部化廣泛存在於各種金屬、岩土和高分子材料等在遭受爆炸、侵徹、高速碰撞、高速切削和高速磨損等高應變率載荷下的高速變形過程中，提高鎢合金材料的絕熱剪切性能以增強鎢合金杆彈的侵徹性能是目前的研究熱點之一。我國五二研究所、中科院力學所、中國科技大學和報價理工大學等單位對此進行了一些研究。

半個世紀以來，對絕熱剪切變形的研究，主要集中在3個方面：第一，從材料的本構關系出發，建立絕熱剪切變形局部化的失穩模型，探尋材料絕熱剪切失穩判據及絕熱剪切帶的擴展規律；第二，從微觀組織、結構出發探尋不同成分、組織的材料內的絕熱剪切帶的微觀組織結構特征以及其形核、長大的微觀影響因素；第三，采用計算機數值模擬技術對絕熱剪切帶的演化規律及其內應立場、應變場和溫度場進行研究[14]。

魏志剛等用分離式Hopkinson壓杆裝置對預扭轉後的斜圓柱試件進行沖擊試驗，不僅觀察道絕熱剪切帶，同時觀察到如果最大剪切應力方向和鎢顆粒的取向一致，則失效的是鎢顆粒脆性斷裂、粘結相破壞、鎢-鎢界面分離和鎢-粘結相界面分離等幾種破壞機制共同作用的結果[15]。許沭華等對預扭轉和未扭轉鎢合金杆彈彈道實驗後的殘餘彈體和碎片進行了細觀組織分析，發現鎢合金預扭轉後鎢晶粒變形方向與最大剪應力方向接近，因此在彈靶沖擊過程中有利於絕熱剪切變形和剪切破壞的發生。從殘餘彈頭上觀察到的絕熱剪切帶說明，預扭轉彈在侵徹過程中要比未扭轉彈更易於自銳，這是預扭轉杆彈侵徹能力得到提高的根本原因[16]。譚成文等為了定量評價不同材料對絕熱剪切變形的敏感程度，采用絕熱剪切擴展能－絕熱剪切敏感因子表征這一差異，並建立了相應的實驗測試系統，定量地解決了絕熱剪切敏感性地評價和測試問題[17]。(未完待續)

參 考

［9］張寶生，康志君。高密度鎢合金的穿甲特性及其應用[J]。中國鎢業，1999。14（5－6）：178－185。

［10］王爾德，於洋，胡連喜，等。W-Ni-Fe系高密度鎢合金形變強化工藝研究進展[J]。粉末冶金技術，2004，22（5）：303－307。

［11］史洪剛，齊志望，許傑，等。鍛造變形量對鎢合金材料性能德影響[J]。兵器材料科學與工程，1998，21（4）：3－6。

［12］王換玉，才鴻年，錢學梅。液力擠壓強化技術研究[J]。先進材料與制造技術。1998，（5）：1－5，25。

［13］劉志強，楊國毅，趙紅梅，等。高密度鎢合金靜液擠壓組織缺陷分析[J]。兵器材料科學與工程，2004，27（4）：40－43。

［14］譚成文，王富恥，李樹奎。絕熱剪切變形局部化研究進展與發展趨勢[J]。兵器材料科學與工程，2003，26（5）：62－67。

［15］魏志剛，胡時勝，李泳池。粉末燒結鎢合金材料的絕熱剪切變形局域化實驗研究[J]。金屬學報，1999，35（8）：829－833。

［16］許沭華，張剛明，王肖軍，等。預扭轉鎢合金杆彈侵徹能力的細觀研究[J]。爆炸與沖擊，2000，20（2）：143。

［17］譚成文，王富恥，劉遠宏，等。材料絕熱剪切敏感性表征及測試方法研究[J]。北京理工大學學報，2004，24（5）：377－379。


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