改性鎢材料的夏比衝擊性能

改性鎢材料的延脆轉移溫度（DBTT）可以通過幾種測試方法進行評估，例如，拉伸試驗、彎曲試驗、夏比衝擊試驗和斷裂韌性試驗。DBTT在很大程度上取決於測試方法、應變率和試樣形狀。其中，有研究人員使用夏比衝擊和拉伸試驗來評估DBTT。

夏比衝擊試驗是根據歐盟標準進行的，使用KLST夏比V型缺口試樣，沿L-S（板材）和L-R（棒材）方向，在真空中的溫度範圍為200至1000℃（第一個字母（L）：垂直於預期裂紋平面的方向，第二個字母（S和R）：預期裂紋生長的方向）。

即使改性鎢材料的主要化學成分相同，但DBTT和上架能量（USE）隨材料的變化而變化，這些材料經歷了不同的製造方法和歷史（如，變形率）。

大多數材料顯示了脆性斷裂和低於DBTT的脆性和分層斷裂的混合，以及高於DBTT的分層斷裂。相比之下，摻有K的W棒顯示出韌性變形，在800℃以上有小的或沒有裂縫。DBTT與晶粒尺寸（dS）和USE與晶粒尺寸（dS）的關係為Hall-Petch型。因此，那些不同的DBTT和USE，不能只由主要的化學成分決定，可能是由於個別特殊的晶粒結構取決於製造方法和歷史。

純W（H）板的DBTT為550℃；K摻雜的W（H）板為350℃；W-3%Re（H）板為450℃；W-3%Re（L）板為550℃；K摻雜的W-3%Re（H）板為250℃；以及W-3%Re-1%La₂O₃（L）板為550℃。對於高變形材料（“H”），K摻雜和Re-addition分別導致DBTT減少約200和100℃，USE增加約40和30%。

相反，與高變形材料相比，W-3%Re（L）和W-3%Re-1%La2O3（L）板顯示出非常低的吸收能量。在低變形材料中沒有觀察到La₂O₃顆粒分散的明顯積極效果。測試試樣的外觀表明，低變形材料的分層迅速擴展，同時幾乎沒有基體金屬的塑性變形，而高變形材料顯示分層伴隨著足夠的彎曲（塑性變形）。這些結果表明，當在軋製和鍛壓過程中施加足夠的變形時，夏比衝擊性能可以通過K-摻雜和Re摻雜得到改善。

此外，明顯觀察到K摻雜和Re摻雜的協同效應。相比之下，La₂O₃顆粒的分散效果還需要在未來的工作中通過應用于高變形材料來加以澄清。

參考來源：Nogami S, Hasegawa A, Fukuda M, et al. Mechanical properties of tungsten: recent research on modified tungsten materials in Japan[J]. Journal of Nuclear Materials, 2021, 543: 152506.

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