稀土元素強化穿甲彈芯用高比重鎢合金

高比重鎢合金是一類以鎢為基礎，並添加有Ni、Fe、Co、Cu、Mo、Cr等元素組成的合金，其密度高達16.5-19.0g/cm³,而也被人們通稱為高密度鎢合金。

高密度鎢合金不僅密度大,而且還具有一系列優異的性能:強度高,硬度高,延性好,機加工性能好,熱膨脹係數小,導熱係數大,抗氧化和抗腐蝕性能好,可焊性好等等。這類合金在杆式動能穿甲彈的彈芯材料、平衡配重元件、慣性元件、射線遮罩材料等方面得到了廣泛應用。

隨著主戰坦克、艦船裝甲及各種軍用工事的日益強化,對穿甲武器的性能提出了越來越高的要求。高密度鎢合金杆式動能穿甲彈,不僅具有良好的穿甲威力,而且與貧鈾合金穿甲彈相比具有無毒性、無放射性污染等優點,是當今世界各國裝備的主要穿甲武器,也是穿甲武器今後發展的主要方向。

但穿甲彈芯用的高比重鎢合金還存在粘結相分佈不均、氫脆、金屬間化合物偏析、殘餘孔隙等諸多造成性能不穩定的缺陷，而且燒結態高密度鎢合金毛坯強度和塑性較低，常規的鎢-鎳-鐵系高密度鎢合金的動態拉伸性能還需進一步提高。

針對現有技術的不足之處，有專家對在高密度鎢合金中添加了稀土元素，並對燒結技術加以改進，其包括以下工序：

（1）複合鎢粉的製備：將藍色氧化鎢與稀土氧化物氧化鑭或氧化鈰按照重量份112.7-118.9份：0.05-2份的比例混合6—18小時；然後將混合物在十五管氫氣還原爐內進行還原。

（2）混合料的製備：將複合鎢粉與粘接相鎳和鐵按照重量例混合6—12小時，然後混合粉過80目—140目篩網；

（3）壓制成型：將混合粉末壓制成型，獲得半成品壓坯；

壓制成型優選用等靜壓制，將混合粉末裝入橡膠套中在等靜壓機中壓制成型，壓制壓力為140MPa—200 MPa，保壓時間：3-分鐘；

（4） 燒結：將壓坯裝入鉬舟皿或剛玉舟皿內，填料採用氧化鋁粉，將舟皿在氫氣燒結爐內燒結，燒結溫度為1450-1540℃，舟皿推速為：5-10mm/分鐘，氫氣流量為：4-8m3/h；

（5）氬氣熱處理：將燒結獲得的鎢合金毛坯在氬氣保護下在加熱爐中進行脫氫處理，溫度為：1100-1300℃，保溫1-8小時；

（6）形變強化：將脫氫後鎢合金毛坯加熱到400-900℃，在擠壓設備或旋鍛設備上進行10%-70%變形量的熱擠壓或旋鍛變形；

（7） 預應變時效熱處理：將形變後的高密度鎢合金材料在400-900℃下預應變時效1-24小時。

通過研究和實驗，發現稀土元素氧化鑭和氧化鈰能抑制雜質元素在鎢合金晶界處的偏聚，使鎢顆粒與粘接相的介面淨化，同時稀土氧化物在粘接相中的彌散分佈，使粘接相得到強化，防止材料在受到衝擊、剪切時裂紋的產生和擴展。同時，由於合理的成分配比以及通過嚴格控制各個步驟的工藝參數，從而解決了高密度鎢合金的緻密度、組織結構、力學性能等諸多問題，從而保持較高的塑性，具有優良的綜合力學性能。

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