旋转锻造90W-7Ni-3Fe高密度钨合金组织性能研究

作     者：李娩娩 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张文丛

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高密度钨合金 旋转锻造 力学性能 绝热剪切 热处理 

摘      要：由于装甲防护技术的不断升级,要求动能穿甲弹的穿甲侵彻性能再次提高,而高密度钨合金作为目前最为广泛的战斗部材料,需要满足更加严苛的服役要求。目前,形变强化仍是提高90W-7Ni-3Fe合金弹芯材料穿甲威力最有效的方式。本文采用旋转锻造大塑性变形强化工艺获得高强度钨合金,探究旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金的动态力学行为及绝热剪切敏感性,并分析其拉伸及压缩应变硬化行为及强化机理。通过对不同旋锻参数(旋锻温度:850℃、900℃、950℃、1000℃;旋锻变形量:19%、31%、41%、56%)下90W-7Ni-3Fe合金的洛氏硬度HRC以及室温拉伸力学性能和微观组织进行分析。结果发现旋转锻造变形后,液相烧结90W-7Ni-3Fe合金的强度及洛氏硬度HRC显著提高并随着旋锻变形量的增大而逐渐趋于稳定,同时伴随塑性显著降低。随着旋锻变形量增大,W/W颗粒邻接度增大,W颗粒长径比增大并呈现纤维化,变形程度显著提高。对旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金进行室温准静态压缩(0.001 s、0.01 s和0.1 s)和动态压缩(600 s、1300 s和2300 s)以及冲击韧性试验,探究其室温压缩力学行为及冲击韧性。结果表明,室温准静态压缩及动态压缩条件下,旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金均表现出明显的应变速率敏感性;准静态压缩塑性变形主要为W颗粒与粘结相相互协调变形的结果,动态压缩则是W颗粒与粘结相同时塑性变形的过程。准静态压缩具有显著的屈服强度各向异性;动态压缩在应变速率为2300 s时出现了20～30μm的绝热剪切带组织,能够有效提高旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金的穿甲性能。此外,旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金的冲击韧性依赖旋锻变形量,较大旋锻变形量下依然具有良好的韧性,实现了旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金高强韧性的良好配合。对旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金进行拉/压应力状态下的应变硬化行为分析,探究其拉/压应力敏感性。结果发现,旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金在室温拉伸及压缩时均具有明显的应变硬化行为;随着塑性应变增大,合金应变硬化率逐渐减小。室温拉伸条件下,旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金在旋锻温度为900℃时具有单线性应变硬化(n=0.04),而在950℃及1000℃时出现了双线性应变硬化行为。准静态压缩条件下,旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金在较大应变时才会出现热软化现象;随着应变增大,其应变硬化率在动态压缩时则很快趋于稳定。相比之下,旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金在压应力作用下更容易出现热软化现象。对旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金在1000℃保温60 min随后油淬热处理,探究其在热处理条件下的微观组织及力学性能。结果表明,热处理后合金的W/W颗粒邻接度略有降低,W颗粒在粘结相中发生了扩散。旋锻温度为850℃、旋锻变形量为56%时的90W-7Ni-3Fe合金在热处理后可获得较佳的综合力学性能(σ=1212 MPa,δ=13.7%)。旋转锻造90W-7Ni-3Fe合金热处理后具有较高的应变硬化值,出现了双线性应变硬化现象,均匀塑性变形能力提高,因此形变强化钨合金采用热处理可实现其强度及塑性的最佳配合。