随着科技工业的发展, 对异型、结构复杂的钨合金零部件的需求越来越大, 压制-烧结工艺已经不能满足社会对异型钨合金小零部件的需求。易碎钨合金穿甲弹要求弹芯穿透靶板后有很强的穿甲后效,这就要求材料的穿甲破碎性较好, 但材料的穿甲破碎性较好时, 其加工性能就较差。目前主要采用压制-烧结的方法生产钨合金材料, 而此法只能生产形状较简单的制品, 故限制了钨合金的应用范围。

为解决易碎钨合金材料的难加工和穿甲破碎性的矛盾, 注射成形( MIM) 工艺脱颖而出。MIM是一种将传统粉末冶金技术和塑料注射成形技术相结合的粉末冶金近净成形新技术。其基本工艺过程为: 将固体粉末与有机粘结剂均匀混合并制粒, 用注射成形机注射成形, 再热脱脂或溶剂脱脂将毛坯中的粘结剂脱除, 最后经烧结致密得到最终产品。

直接注射成形使得钨合金弹芯几乎不需要再加工, 这样不仅解决了易碎钨合金材料的难加工和穿甲破碎性的矛盾, 还降低了原材料消耗。MIM在制备形状复杂、组织结构均匀、性能优异的近净成形小零部件等方面具有很强的技术优势和成本优势。MIM因可直接制造出具有最终形状的零部件, 且产品致密度高、组织均匀、性能优异、生产成本低, 故被誉为“ 当今最热门的零部件成形技术”。


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穿甲弹材料一般要求具有高密度、高强度、高延展性、高冲击韧度等性能。随着动能穿甲弹向高初速、高膛压、大长径比、且完全依靠弹芯材料本身强度承受高速发射和保证飞行正常的方向发展,对穿甲弹用钨合金材料的性能要求更加苛刻,不仅要求其有高的强度韧性, 且须有良好的动态压缩强度。随着现代装甲防护技术的发展, 传统的钨合金已越来越不适应现代战争的需要, 必须对其进行改进和创新, 制备出具有高侵彻性能的新型钨合金。

国外钨合金穿甲弹材料的研究经历了不同发展阶段。早期的钨合金材料选W-Ni-Fe系, 并加入少量的Co, 而W的质量分数一般为90%~93%, 研究主要集中在Ni/ Fe比和烧结工艺方面, 力求提高材料的强度和塑性。钨合金用作动能穿甲弹材料的目标是取代贫铀材料。20世纪90年代初期, 研究人员开始关注钨合金穿甲弹在侵彻过程中的自锐化效应并将其与材料的绝热剪切性质相联系, 试图通过加入其他合金元素或用各种形变强化手段来提高钨合金材料的侵彻能力, 但与贫铀材料相比仍存在较大的差距。

有研究表明, 贫铀弹的自锐化效应来自贫铀材料所具有高的绝热剪切敏感性( 即易于发生绝热剪切现象) 。正因为贫铀穿甲弹弹体在侵彻过程中的自锐化效应, 使其在相同条件下的侵彻深度要比常规钨合金穿甲弹高出15%~ 30%。而常规钨合金穿甲弹侵彻靶板时, 由于粘结相强度较低、韧塑性较好, 弹体前端材料出现大的塑性流动并反向翻转, 形成粗大的“蘑菇头”, 从而降低其侵彻能力。因此, 研制具有自锐化效应的新型钨合金材料成为新的重点发展方向。美国作为该领域技术先进的国家, 目前已进入新的研究阶段, 据报道现已研制出侵彻能力与贫铀材料接近的新型W-Ni-Mn合金, 用此钨合金制造的动能穿甲弹在高速冲击条件下可以保持其形状, 故可替代存在放射性污染的贫铀合金穿甲弹。

近些年来, 我国科技工作者对穿甲弹用高密度钨合金进行了多方面的试验研究和机理探讨, 特别是在对添加合金元素和形变强化等方面进行了大量卓有成效的研究。随着弹用钨合金技术的公开, 一些院校和科研机构也开展了相关研究, 大大促进了钨合金材料性能的提高。相关科研机构相继研究了W-Ti、W-Hf、W-Ni-Mn以W-Ni-Al 等合金, 使这些材料的绝热剪切敏感性有所提高, 但弹体的自锐化效应仍不显著, 我国在该领域的研究水平与国外先进水平相比尚存在较大差距。


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钨在破甲弹中常用作药型罩材料。药型罩材料是聚能效应能量的载体, 其性能直接影响到射流质量, 如射流密度、射流速度和连续射流长度等。因此药型罩须具备破碎性好、侵彻力强、渗透率高等特点, 从而要求药型罩材料密度高、延展性好, 使其在射流侵彻之前能充分拉长而不断裂。根据侵彻流体动力学理论, 侵彻能力与材料的密度关系可用平方根定律描述, 而高声速材料形成的射流头部速度也较大。如果金属射流具有较高的头部速度, 就能更有效地对抗反应装甲, 缩短贯穿时间, 而在掠飞攻顶侵彻情况下更希望有尽可能快的射流速度。

钨因具有高声速( 4. 03km/ s) 、高密度( 19. 3g/cm3) 等优异性能, 故为极有前景的新型药型罩材料。钨的高声速是获得高连续射流头部速度所必需的, 而钨的高密度是提高破甲弹侵彻威力所必需的。在一般情况下, 体心立方和面心立方在组织结构上比六方晶系金属中存在更多的滑移系, 因而具有更好的动态韧性。钨属于体心立结构, 这是其作为药型罩材料的又一优势。

各种导弹武器由于飞行速度极高, 在外壳材料中必须应用钨合金, 以对抗高速飞行中因空气摩擦产生的高温。在坦克装甲车中, 钨合金不仅用来制作炮弹, 也用作复合装甲的成分, 以提高其热强度和耐高温能力。


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钨合金手机振子是手机振子装置中的重要部件，和其他材料相比，钨合金在密度、硬度、耐磨性等方面具有显著优势。

钨合金手机振子是用于手机马达上的偏心装置。下图是手机振子用于空心马达的结构图。

马达利用线圈所受电磁力而旋转，当线圈被输入电流方向为X时，根据“弗莱明左手法则”，线圈将被向上推动；同时，电流方向与X方向反向时，线圈被向下推动。这两种力相互作用。达到平衡，使马达旋转起来。这种在电流通过线圈在磁场中收到的力被称之为电磁力。在电磁力的推动下马达不停地旋转。位于端部的手机振子由于重量的不对称，在旋转过程中产生振动。手机振子一直处在高速旋转状态，所以对其耐磨性能有较高的要求。

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经过十余年的研究和试验，钨合金电镀工艺已在抽油杆，抽油杆接箍，抽油杆光杆，抽油泵的泵筒和柱塞，油管，油管接箍，螺杆钻具的螺杆等八种石油机械上进行应用，镀钨合金耐磨防腐石油机械已在大庆油田，胜利油田，克拉玛依油田，塔里木油田，青海油田，长庆油田，中原油田，大港油田，吉林油田，伊朗油田等十个油田应用，效果反馈良好。

我国著名石油装备专家，中国石油勘探开发研究院装备所吴则中教授说，自己从2006年开始接触钨合金电镀工艺，认为这项工艺是当之无愧的高新技术，具有很好的耐磨防腐性能，没有污染，是清洁工艺，同时成本与镀铬相接近，不但在石油机械领域而且在更多表面处理领域都具有应用推广价值。

据吴教授介绍，在伊朗油田，德州联合石油机械有限公司生产的5LZ89X7螺杆钻具的转子，原来采用传统的镀铬工艺，2005年在伊朗油田的饱和盐水泥浆中使用40小时,镀层脱落，改用钨合金电镀工艺，在相同工作条件下工作310小时，镀层完好;在塔里木油田，某区块H2S含量80000ppm，普通抽油杆使用一个月断裂，镀钨合金抽油杆2010年8月下井，到12月仍正常工作;在青海油田采油一厂水井2007年11月试验镀钨合金油管，2008年6月22日取出，无腐蚀、结垢，而普通油管腐蚀严重。

吴则中教评价说，钨合金电镀技术剑走偏锋，在全球高端防腐抗硫石油钢管市场，用高强度钢表面改性的方法生产的全新油井管可以全面替代双相钢和镍基合金钢，不但成本更低、力学性能和防腐耐磨性能也更好。


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油田设备的“腐蚀”与“磨损”被称为两大世界级难题，全国约2.92万口油井都存在不同程度的腐蚀与磨损，随着我国油气田开发年限和设备使用年限的增长更是每况愈下。另外，高含硫原油进口量大幅增加，炼制设备的腐蚀问题同样日益突出。更加可怕的是，因腐蚀和磨损对设备安全稳定运行带来的不利影响会越来越突出。

在目前普遍使用的几种主要电镀工艺中，电镀铬工艺耐磨，成本低，但环境污染严重，且不耐氯离子腐蚀;化学镀镍磷工艺耐腐蚀却不耐磨，成本也高;热喷涂工艺各项技术指标均不错，可是生产成本高，很难大范围推广。

钨合金电镀工艺一举解决腐蚀与磨损两大难题，据统计，我国每年油井管300多万吨，而高技术含量、高附加值的高端油井管，如抗H2S、Cl-防腐油管等几乎完全依靠进口,每年进口油管60万吨，价值300亿元以上。目前，该成果已经取得8项专利许可，获得了国家机械工业科学技术奖一等奖，获得国家重点新产品证书。

钨合金电镀工艺在石油机械行业的应用，不但可以解决电镀铬带来的污染问题，更重要的是可以提高中国石油机械制造业各类关键性零部件产品的性能，给整个石油机械制造业带来了变革，促进了产业链的整体升级，特别是防腐抗硫油井臂和抗硫钻杆可应用于H2S含量大于等于15万PPM，CL-含量达150克/L的极端腐蚀环境，使我国在该产业上达到国际领先的水平，解决了我国高端钻采设备依赖国外进口设备的现状。


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钨合金压铸模具基于钨合金材料本身的优点，在抗压、抗高温性能等方面具有显著优点。具有优势如下：

（1）抗拉强度高：烧结态W-Ni- Fe高密度合金的抗拉强度为800~1000MPa，热处理和形变加工处理后其强度可提高到1300~1500 MPa。在压铸过程中模具型腔内要承受高达500MPa的压力，对普通材料是无法达到的。

（2）良好的导热性及较低的线胀系数：其导热系数为模具钢的5倍，其线胀系数只有铁或钢的1/2~1/3。良好的热导性有助于模具注塑完成后的迅速冷却，提高生产速率。较低的线胀系数则有助于产品的精度控制，不会因为热胀冷缩而引起产品尺寸的偏差。

（3）良好的耐腐蚀性和抗氧化性：可以提高模具的使用寿命。

（4）良好的可焊接性：高密度合金可以用铜、银焊接料进行钎焊，可进行电镀。焊接是模具成产加工过程中常用到的一种手段。模具中的有些部位难以加工时通过后期焊接，同样可以带到最终目的。这也是加工过程中补缺补漏最常用的方法。

（5）良好的机加工特性：由于钨合金材料具有很好的延性，可以进行车、铣、刨、车螺纹和攻丝等机加工，还可以进行轧制、旋锻和锻造加工等大形变强化处理。给复杂的零件模具制造提供了可能。

钨合金压铸模具基于钨合金材料本身的优点，在抗压、抗高温性能等方面具有显著优势。具有优势如下：

（1）抗拉强度高：烧结态W-Ni- Fe高密度合金的抗拉强度为800~1000MPa，热处理和形变加工处理后其强度可提高到1300~1500 MPa。在压铸过程中模具型腔内要承受高达500MPa的压力，对普通材料是无法达到的。

（2）良好的导热性及较低的线胀系数：其导热系数为模具钢的5倍，其线胀系数只有铁或钢的1/2~1/3。良好的热导性有助于模具注塑完成后的迅速冷却，提高生产速率。较低的线胀系数则有助于产品的精度控制，不会因为热胀冷缩而引起产品尺寸的偏差。

（3）良好的耐腐蚀性和抗氧化性：可以提高模具的使用寿命。

（4）良好的可焊接性：高密度合金可以用铜、银焊接料进行钎焊，可进行电镀。焊接是模具成产加工过程中常用到的一种手段。模具中的有些部位难以加工时通过后期焊接，同样可以带到最终目的。这也是加工过程中补缺补漏最常用的方法。

（5）良好的机加工特性：由于钨合金材料具有很好的延性，可以进行车、铣、刨、车螺纹和攻丝等机加工，还可以进行轧制、旋锻和锻造加工等大形变强化处理。给复杂的零件模具制造提供了可能。

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钨合金压铸模具是用钨合金材料制成，该模具在抗压，抗高温等优点，在压铸模领域应用广泛。压铸模具是压力铸造成形工艺中，用以成形铸件所使用的金属模具。其结构分为定模（凹模）和动模（凸模）两个部分，主要用于有色金属零件的压铸成型。

压铸特点

压铸工艺是一种将熔融合金液倒入压室内，以高速充填钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。压力铸造是目前成型有色金属铸件的重要成型工艺方法。压铸的工艺特点是铸件的强度和硬度较高，形状较为复杂且铸件壁较薄，而且生产率极高。压铸模具是压力铸造生产的关键，压铸模具的质量决定着压铸件的质量和精度，而模具设计直接影响着压铸模具的质量和寿命。

压铸中对模具性能的要求

高压力和高速度是压铸中熔融合金充填成型过程的两大特点，这也是压铸模具所承受的两个最大挑战。压铸中常用的压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，有时甚至高达500MPa。其充填速度一般在0.5～120m/s范围内，它的充填时间很短，一般为0.01～0.2s，最短的仅为千分之几秒。因此，利用这种方法生产的产品有着其独特的优点。可以得到薄壁、形状复杂但轮廓清晰的铸件。其压铸出的最小壁厚：锌合金为0.3mm；铝合金为0.5mm。铸出孔最小直径为0.7mm。铸出螺纹最小螺距0.75mm。对于形状复杂，难以或不能用切削加工制造的零件，即使产量小，通常也采用压铸生产，尤其当采用其他铸造方法或其他金属成型工艺难以制造时，采用压铸生产最为适宜。铸件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。铸件的尺寸精度为IT12～IT11面粗糙度一般为3.2～0.8μm，最低可达0.4μm。因此，个别压铸件可以不经过机械加工或仅是个别部位加工即可使用。

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耐高温钨合金是一种能够在600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。

太行发动机的技术进步与耐高温钨合金的发展密切相关。高涡轮工作温度是太行航空发动机的最显著标志，提高涡轮工作温度是增加推力、提高太行发动机推重比的 重要手段，而影响发动机涡轮前温度的首要因素就是涡轮叶片和涡轮盘的耐温水平。因此，发动机涡轮部件的设计者无一不是穷尽一切手段，追求应用承温能力更高 的涡轮盘和叶片材料。先进耐高温钨合金正是为满足航空发动机对材料的需求而出现，并随发动机技术的进步而快速发展。

粉末耐高温钨合金是用粉末冶金工艺制备的耐高温钨合金，是制造先进航空发动机涡轮盘不可或缺的关键材料。经过多年的发展，耐高温钨合金取得了长足的进步，并应用于太行发动机用涡轮盘及导流盘，实现了粉末耐高温钨合金盘件在高推重比航空发动机上的应用，缩短了与国外先进技术在该领域的差距。

太行发动机，也叫涡扇10系列发动机。太行发动机的研制开始是在上世纪的八十年代末，2005年12月28日完成设计定型审查考核，总共历时18年。太行发动机是中国首个具有自主知识产权的高性能的、大推力的、加力式涡轮风扇发动机，同时它也结束了国产先进涡扇发动机的空白。太行发动机是由中国606所研制的，是国产的第三代大型军用航空涡轮风扇发动机。采用了大推力函比及全自动数字化的控制系统，最大的推力不超过12000公斤。目前主要用于装备中国第三代高性能歼-10战机。


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钨合金由于其高密度，高强度以及高延展性，作为EFP（爆炸成形穿甲战斗部）的弹丸。末敏子弹对扫描区域内目标进行探测识别，若扫描区域内有目标，当末敏子弹扫描轨线扫过并识别目标时，弹上计算机适时起爆EFP战斗部，形成爆炸成形弹丸(EFP)，从顶部攻击装甲目标。钨合金EFP弹丸飞行弹道指EFP弹丸飞行到命中目标这一段弹道。

钨合金EFP弹丸在空中飞行受重力和空气阻力影响。重力使EFP飞行弹道弯曲，空气阻力是EFP飞行速度减小。钨合金的高密度性可减小重力和空气阻力的影响。高密度意味着能以更高的能量密度和更高的冲击力来提高侵彻能力；高延展性则有助于形成更长的弹丸，从而增大侵彻深度。由于EFP飞行速度达5倍~6倍声速，从起爆到命中目标飞行距离通常不超过1000倍弹径。因此，可不考虑重力对钨合金EFP弹丸飞行弹道的影响，故钨合金EFP弹丸飞行弹道可近似认为是直线弹道。可用质点运动方程描述其弹道。




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