一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒及其制備方法，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]研制具有自銳性的重合金是穿甲彈芯材料的發(fā)展方向。貧鈾復合材料因具有優(yōu)異的自銳性是目前侵徹能力最優(yōu)異的穿甲彈芯材料。在上世紀九十年代初，基于貧鈾材料的毒性所引起的國際輿論與環(huán)保壓力，美國開始研制替代貧鈾穿甲彈芯材料。研究人員在W-N1-Fe系重合金的基礎(chǔ)上，通過合金顯微結(jié)構(gòu)的改變，如在一定范圍內(nèi)通過增加鎢晶粒尺寸、改善相界面結(jié)構(gòu)設(shè)計、彈芯幾何外形的設(shè)計與強化粘結(jié)相的強度和韌性等技術(shù)措施提高鎢基重合金的絕熱剪切敏感性以提高其自銳性，雖取得了一些進展，但與貧鈾合金的自銳化效果還存在較大差距。同時，通過設(shè)計新的鎢合金彈芯材料體系，如美國研制的W-N1-Mn合金，具有與貧鈾合金相近的自銳化性能，是一種較理想的穿甲彈芯材料。但制備的W-N1-Mn合金的抗拉強度通常在100MPa以下，需進一步解決其強度偏低問題。北京理工大學、中南大學等也開展過液相燒結(jié)制備W-N1-Mn合金的研究，但因合金燒結(jié)致密化程度不夠高，力學性能很低，難以工程應(yīng)用。K.J.Park等人的研究發(fā)現(xiàn)，W-N1-Fe重合金中出現(xiàn)鎢顆粒尺寸的顯著變化易于實現(xiàn)自銳化。他們設(shè)計了一種具有鎢晶粒尺寸差異的復合結(jié)構(gòu)鎢合金棒，即利用冷等靜壓技術(shù)將97.4ff(Mo)-l.1N1-l.5Fe重合金芯棒鑲嵌在90W-7N1-3Fe生坯外套中并燒結(jié)成復合結(jié)構(gòu)。顯微結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示，芯部與外層組織中難熔金屬晶粒尺寸分別為30 μπι、46 μπι。該復合結(jié)構(gòu)的鎢合金的侵徹能力比傳統(tǒng)93W-N1-Fe重合金提高10%，幾乎與貧鈾復合材料相當。但該技術(shù)工藝復雜，過程控制困難，特別是在液相燒結(jié)時因外層坯體出現(xiàn)的巨大收縮存在復合結(jié)構(gòu)開裂的可能性，難以實現(xiàn)工程化應(yīng)用。
[0003]目前，提高傳統(tǒng)的W-N1-Fe系重合金的穿甲威力的主要途徑是將燒結(jié)態(tài)合金進行旋鍛，實施變形強化以提高鎢基重合金的動態(tài)屈服強度，進而達到提高其絕熱剪切敏感性即強化鎢合金的自銳能力的目的。但大變形量通常造成鎢基重合金棒材的整體延伸率(即韌性)急劇降低，增加穿甲彈彈芯材料在發(fā)射與著靶時斷彈風險。
[0004]隨著現(xiàn)代裝甲防護日益強化，穿甲彈的發(fā)展方向是采用高膛壓、高初速的發(fā)射條件及大長徑比彈芯材料。為了滿足上述要求，必須發(fā)展高動態(tài)屈服強度(高硬度)與高韌性的鎢基重合金彈芯材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決鎢合金自銳能力與其韌性之間的矛盾，本發(fā)明提供一種在合金棒徑向硬度梯度變化的梯度結(jié)構(gòu)鎢基重合金及其制造方法，將傳統(tǒng)W-N1-Fe重合金棒材沿徑向的力學性能(如硬度)設(shè)計成梯度結(jié)構(gòu)，即高韌性的芯部區(qū)域而高硬度(高動態(tài)屈服強度)的外層區(qū)域，以滿足穿甲彈芯用鎢基重合金的自銳能力與高韌性要求。
[0006]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒，所述鎢基重合金棒沿棒材的徑向存在硬度連續(xù)變化的梯度分布區(qū)域。
[0007]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒，所述鎢基重合金棒表面的硬度大于芯部的硬度。
[0008]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒，所述鎢基重合金棒中硬度連續(xù)變化的梯度分布區(qū)域內(nèi)硬度最大的區(qū)域為所述鎢基重合金棒表層區(qū)域。
[0009]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒，所述硬度連續(xù)變化的梯度分布區(qū)域在棒材徑向上的厚度是可以調(diào)控的，其主要取決于棒材的直徑、包滲時間等因素。一般優(yōu)選為3-20mmo
[0010]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒的制備方法，以W-N1-Fe合金棒為包滲對象，在真空條件下，通過包滲處理，將固溶強化元素包滲至W-N1-Fe合金棒內(nèi)，得到硬度梯度變化的鎢基重合金棒；所述固溶元素能固溶強化W-N1-Fe合金棒，且固溶元素不與W-N1-Fe合金棒中任意一種或多種元素反應(yīng)生成脆性中間相。
[0011]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒的制備方法，以W-N1-Fe合金棒為包滲對象，將W-N1-Fe合金棒包埋在由固溶元素單質(zhì)和/或合金粉末與惰性氧化粉末所組成的混合粉末中，在絕對真空度小于等于5Pa的條件下；于1300-1400°C進行包滲處理，將固溶元素包滲至W-N1-Fe合金棒內(nèi)，得到硬度梯度變化的鎢基重合金棒；所述固溶元素能固溶強化W-N1-Fe合金棒，且固溶元素不與W-N1-Fe合金棒中任意一種或多種元素反應(yīng)生成脆性中間相。
[0012]由于鎢基重合金通常在含氫氣氛中燒結(jié)，通常引起氫脆。作為用于穿甲彈芯材料時一般都需對鎢基重合金棒進行真空脫氫處理。為了降低制造成本與簡化制造工藝，合金棒的包滲處理時，需嚴格控制其真空度。
[0013]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒的制備方法，所述W-N1-Fe合金棒，以原子百分比計包括:
[0014]W 90-95%，優(yōu)選為 92%
[0015]Ni 1-7%,優(yōu)選為 5.6% ；
[0016]Fe 0.5-3%，優(yōu)選為 2.4%。
[0017]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒的制備方法，也適用于其他鎢基合金棒材或鎢基的其它型材。
[0018]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒的制備方法，所述固溶元素選自Mo、Cr、Ti中的至少一種。
[0019]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒的制備方法，所述W-N1-Fe合金棒為燒結(jié)態(tài)的W-N1-Fe合金棒。
[0020]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒的制備方法，所述固溶元素單質(zhì)和/或合金粉末的粒度為2-30微米。
[0021]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒的制備方法，所屬混合粉末中，固溶元素單質(zhì)和/或合金粉末占混合粉末總體積的50% -55%。
[0022]本發(fā)明一種硬度梯度變化的鎢基重合金棒的制備方法，所述惰性氧化粉末為14000C以上溫度煅燒過的三氧化二鋁粉末和/或氧化鋯粉末。
[0023]本發(fā)明