鎢合金屬高比重合金序列，高比重合金有個最突出的特點就是比重高也就是大家常說的密度大。鎢合金的密度可達到18g/cm3，是鋼比重(7.8g/cm3)的2.3倍，所以彈心的斷面密度大，有利於提高飛行時的存速能力和對鋼板的侵徹能力。

鎢芯機槍彈是20世紀70年代以後發展起來的一種性能優良的機槍彈。這種機槍彈的彈頭采用了脫殼原理和高密度鎢合金的新結構、新材料，具有初速高、彈道低伸、飛行時間短、命中精度高、侵徹力大等特點，能有效地對付快速運動目標；其彈心斷面密度大，與硬質鋼心或碳化鎢彈心在侵徹過程中整個破碎相反，鎢合金彈心可展性較好，以飛濺式穿甲，具有極好的二次侵徹特性，對大著角、夾心和多層結構複合裝甲的穿甲效果更為明顯。國內外已在大口徑槍彈和小口徑炮彈上廣泛采用，作為對付裝甲輸送車、武裝直升機等輕型裝甲目標的彈藥。

我國84式12.7mm鎢芯機槍彈，配用於77式12.7mm高射機槍，通用於54式12.7mm高射機槍，彈頭質量28g，彈心質量22g，是彈頭質量的78.6%，彈心直徑7.9mm，次口徑比(即d1/d2，dl為彈心直徑，d2為彈頭直徑)為0.62，初速1150m/s，在1 000m處以45°著角可以擊穿15mm厚的均質合金鋼板，同樣以45°著角，可擊穿20mm厚的均質合金鋼板的最大距離為150m。而國產54式12.7mm穿甲燃燒彈距鋼板9.5m處射擊就產生跳彈，其只能以30°著角在830m處穿透15mm厚的鋼板，125m處穿透20mm厚的鋼板。可見，12.7mm鎢芯機槍彈在大著角時對鋼板的穿甲能力。


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1.4數值模擬計算研究

長期以來，對動能彈體沖擊裝甲靶板的過程分析主要依靠大量的試驗結果，隨著對穿甲現象研究的日益深入，其它一些方法也用於彈靶作用的分析，如經驗法、理論分析法和數值模擬法等。其中，數值模擬法能較全面的反應穿甲過程中間參數和物理量的變化，利用計算機繪圖技術設計的數值模擬方法還可以直觀地圖示整個穿甲過程中各種參量（形狀、應力、應變等）的變化；此外，利用計算機程序可以選擇不同的物理參數和幾何參數進行計算，得到各種不同參數對彈、靶相互作用的影響程度，從而能給出更全面的試驗分析結果。

黃偉等對鎢合金內部應力場的數值模擬結果表明，鎢合金並非只在粘結相中發生應力集中，而是首先出現在高強度的鎢顆粒中[18]。房文斌等用數值分析方法研究高密度鎢合金熱靜液擠壓過程，表明在高溫下進行的熱靜液擠壓，可大幅度降低擠壓力和獲得更大的擠壓比[19]。榮吉利等研究了鎢合金易碎動能穿甲彈的侵徹和破碎性能，在建立鎢合金易碎動能穿甲彈有限元分析模型的基礎上，模擬了具有不同拉-壓強度比的鎢合金穿甲彈在穿透靶板時的侵徹和破碎過程[20]。

程興旺等通過鎢合金殼體垂直侵徹混凝土靶板的實驗，獲得鎢合金殼體危險截面處的應變-時間曆程曲線，為殼體設計提供侵徹模型和數值估算的驗證標准[21]。任春雨等綜述了複合材料層合沖擊模型的研究進展，為複合材料防護結構的設計合優化提出了新的思路[22]。

1.5 制備技術研究

細化鎢顆粒成為高密度鎢合金研究的一個新的熱點，采用機械合金化法（MA）、冷凝幹燥法、化學氣相沉澱法、噴霧幹燥法、溶膠-凝膠法等方法制備的預合金粉，並采用適當的工藝可制得非常細的粉末。另外，采用噴霧反應工藝可一步合成細晶粒、多成分、預合計化的鎢基合金粉，這種粉可在遠低於粘結相熔點的溫度下燒結達到全密度[23]。範景蓮等用MA工藝制備了納米晶鎢合金複合粉末在常壓氫氣氣氛中的燒結致密化和在燒結過程中的鎢顆粒長大行為，表明MA納米晶粉末可促進致密化，使致密化溫度降低約100～200℃，在一般固相燒結溫度時可以得到晶粒尺寸為3～5μm的細晶高強度合金[24]。他們還對納米鎢合金注射成形進行了研究，表明在1350～1450℃時固相燒結即達到了全致密，最終合金的晶粒約為3μm，抗拉強度大於1200MPa[25]。

羅述東等研究了鎢合金粉末在不同溫度下的溫壓成形行為，表明溫壓能明顯提高壓坯密度，溫壓坯件的徑向收縮小於常溫坯件的徑向收縮，而且溫壓可以改善鎢合金的顯微組織[26]。李信等將冷等靜壓成形的試樣埋在Al2O3粉中，置於空氣燒結爐中加熱並保溫30min預氧化後，再經不同溫度燒結；結果表明，鎢合金采用預氧化活化燒結，可以降低燒結溫度，減少合金變形，並得到致密的鎢合金，同時可提高鎢合金的抗拉強度和延伸率[27]。
 

參 考

［18］黃偉，劉筱玲，趙寶榮，等。鎢合金內部應力場的數值模擬[J]。兵器材料科學與工程，2005，28（2）：51－54。

［19］房文斌，王爾德，胡連喜，等。高密度鎢合金熱靜液擠壓流動粘度德數值計算[J]。稀有金屬材料與工程，2005，34（1）：33－36。

［20］榮吉利，於心建，劉賓，等。鎢合金易碎動能穿甲彈穿甲有限元模擬與分析[J]。北京理工大學學報，2004，24？（3）：193－196。

［21］程興旺，王富恥，王魯，等。鎢合金殼體侵徹混凝土靶板過程殼體應變的實驗測試[J]。兵工學報，2004，25（1）：102－105。
 
［22］任春雨，朱錫，梅志遠。複合材料層合板沖擊模型研究現狀[J]。兵器材料科學與工程，2005，28（4）：59－67。

［23］葉途明，易健宏，李麗婭，等。高密度鎢合金研究的新進展[J]。粉末冶金材料科學與工程。2003，8（2）：134－140。

［24］ 範景蓮，黃伯雲，曲選輝，等。納米晶鎢合金粉末常壓燒結的致密化和晶粒長大[J]。粉末冶金材料科學與工程，2001，6（2）：83－88。

［25］黃伯雲，範景蓮，曲選輝，等。納米鎢合金材料的研究與應用[J]。中國鎢業。2001，2001，16（5－6）：38－43。

［26］羅述東，唐新文，曹正華，鎢基高密度合金粉末的溫壓成形行為[J]。粉末冶金材料科學與工程。2003，8（1）：23－27。

［27］李信，武勝。預氧化燒結高密度鎢合金[J]。稀有金屬材料與工程，2002，31（4）：319。


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為了避免軍用材料對環境產生汙染，鎢合金軍用產品正逐漸取代鉛和貧化鈾，用於子彈和穿甲彈。在軍事領域裏，鎢合金軍用產品正逐漸普及。鎢合金軍用產品可制作成穿甲性能優良的，無毒的穿甲彈。鎢合金是穿甲彈的理想材料。

由於鎢合金的高硬度和耐高溫，早在20世紀40年代，鎢合金軍用產品就開始廣泛使用。如今，鎢合金軍用產品更是廣泛用於軍事領域，主要用於子彈，穿甲彈，彈頭，手雷，火炮，坦克炮等。鎢合金軍用產品的主要用途之一是作為動能穿甲彈彈頭，取代貧鈾。軍方科研人員的研究表面，貧鈾之所以擁有超高的穿甲能力，是由於貧鈾彈在穿甲的過程中，會產生絕熱剪切效應，導致材料銳化，彈頭在穿甲的過程中不會被打成蘑菇形狀，從而提升了穿甲性。因此，軍方的科研人員認為，如果提升鎢合金材料的絕熱剪切效應，鎢合金完全可以取代貧鈾（貧鈾會產生導致嚴重的環境汙染）。


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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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