稀土元素强化穿甲弹芯用高比重钨合金

高比重钨合金是一类以钨为基础，并添加有Ni、Fe、Co、Cu、Mo、Cr等元素组成的合金，其密度高达16.5-19.0g/cm³,而也被人们通称为高密度钨合金。

高密度钨合金不仅密度大,而且还具有一系列优异的性能:强度高,硬度高,延性好,机加工性能好,热膨胀系数小,导热系数大,抗氧化和抗腐蚀性能好,可焊性好等等。这类合金在杆式动能穿甲弹的弹芯材料、平衡配重元件、惯性元件、射线屏蔽材料等方面得到了广泛应用。

随着主战坦克、舰船装甲及各种军用工事的日益强化,对穿甲武器的性能提出了越来越高的要求。高密度钨合金杆式动能穿甲弹,不仅具有良好的穿甲威力,而且与贫铀合金穿甲弹相比具有无毒性、无放射性污染等优点,是当今世界各国装备的主要穿甲武器,也是穿甲武器今后发展的主要方向。

但穿甲弹芯用的高比重钨合金还存在粘结相分布不均、氢脆、金属间化合物偏析、残余孔隙等诸多造成性能不稳定的缺陷，而且烧结态高密度钨合金毛坯强度和塑性较低，常规的钨-镍-铁系高密度钨合金的动态拉伸性能还需进一步提高。

针对现有技术的不足之处，有专家对在高密度钨合金中添加了稀土元素，并对烧结技术加以改进，其包括以下工序：

（1）复合钨粉的制备：将蓝色氧化钨与稀土氧化物氧化镧或氧化铈按照重量份112.7-118.9份：0.05-2份的比例混合6—18小时；然后将混合物在十五管氢气还原炉内进行还原。

（2）混合料的制备：将复合钨粉与粘接相镍和铁按照重量例混合6—12小时，然后混合粉过80目—140目筛网；

（3）压制成型：将混合粉末压制成型，获得半成品压坯；

压制成型优选用等静压制，将混合粉末装入橡胶套中在等静压机中压制成型，压制压力为140MPa—200 MPa，保压时间：3-分钟；

（4） 烧结：将压坯装入钼舟皿或刚玉舟皿内，填料采用氧化铝粉，将舟皿在氢气烧结炉内烧结，烧结温度为1450-1540℃，舟皿推速为：5-10mm/分钟，氢气流量为：4-8m3/h；

（5）氩气热处理：将烧结获得的钨合金毛坯在氩气保护下在加热炉中进行脱氢处理，温度为：1100-1300℃，保温1-8小时；

（6）形变强化：将脱氢后钨合金毛坯加热到400-900℃，在挤压设备或旋锻设备上进行10%-70%变形量的热挤压或旋锻变形；

（7） 预应变时效热处理：将形变后的高密度钨合金材料在400-900℃下预应变时效1-24小时。

通过研究和实验，发现稀土元素氧化镧和氧化铈能抑制杂质元素在钨合金晶界处的偏聚，使钨颗粒与粘接相的界面净化，同时稀土氧化物在粘接相中的弥散分布，使粘接相得到强化，防止材料在受到冲击、剪切时裂纹的产生和扩展。同时，由于合理的成分配比以及通过严格控制各个步骤的工艺参数，从而解决了高密度钨合金的致密度、组织结构、力学性能等诸多问题，从而保持较高的塑性，具有优良的综合力学性能。

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