第17卷第4期2007年8月粉末冶金工业POWDERMETALLURGYINDUSTRYVol.17No.4Aug.2007收稿日期:2007-04-07基金项目:教育部重点项目(104142;湖南省自然科学基金项目(06JJ30027;中国博士后科学基金项目资助(20060390261作者简介:刘文胜(1967-,男(汉,陕西富平人,副教授,博士,主要从事高性能钨合金/钛合金研究。钨基合金的断裂失效和强韧化研究现状刘文胜,马运柱,黄伯云(中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙410083摘要:对比分析了钨合金材料的断裂失效特征及不同断裂行为的模型和机理,综述了几种针对钨合金材料的断裂失效特性而进行的强韧化技术和其研究现状,特别是就绝热剪切局域化对材料性能的影响进行了分析,提出了钨基合金材料的研究和发展方向。关键词:钨基合金;断裂特征;强化;增韧:TF12512;TG14614文献标识码:A:1006-6543(200704-0026-06INVESTIGATIONOFFRACTUREFAILUREANDSTRENGTHENING2TOUGHINGOFTUNGSTEN2BASEDALLOYSLIUWen2sheng,MAYun2zhu,HUANGBai2yun(StateKeyLaboratoryforPowderMetallurgy,CentralSouthUniversity,Changsha410083,P1R1ChinaAbstract:Fracturefailurecharacteristics,modelsandmechanismsfordifferentfracturemodesoftungsten2basedalloysarereviewed1Severalstrengtheningortoughingtechnologiesandstatusofstudyareintroduced1Effectofadiabaticshearbandonpropertiesisanalyzedespecially1Thestudyanddevelopmenttrendoftungsten2basedalloysisfiguredout1Keywords:tungsten2basedalloys;fracturecharacteristic;strengthening;toughing随着科技的飞速发展,坦克、装甲车等的防御能力不断地提高,而坦克、装甲车等正是陆军作战的主攻力量,这就迫切需要研制出高性能、高威力的穿甲材料。当钨基合金作为动能穿甲弹弹芯材料时,其穿甲能力主要受控于合金的密度和钨合金弹芯的长径比;弹芯的长径比又取决于钨合金的强度和韧性。因此,深入研究钨基合金的断裂失效特点,对于增韧强化合金力学性能致关重要。本文将近几年对钨合金的断裂失效及强韧化技术研究进行了综述。1钨基合金的破坏、断裂失效在较低的温度下,钨合金的变形为位错滑移,随着温度的升高和固溶原子含量的增加,其变形逐渐转变为晶界滑移。固溶原子对位错具有钉轧强化作用,钨合金的断裂模式主要为穿晶断裂,随着温度的升高和固溶原子含量的增加,断裂模式逐渐转化为沿晶断裂,如图1所示的是W-Ta合金的沿晶断裂模型[1,2]。图1W2Ta合金沿晶断裂模型在钨基合金中,W-W界面由于容易聚集夹杂物,其界面的结合力最弱,是裂纹的主要产生源,所以合金受到拉伸时,它们首先脱粘形成微裂纹,而后在基体相中向前扩展,而此时微损伤在粘结相中和W-M界面处也已以孔洞形式成核。粘结相中的微孔洞不仅为微裂纹的扩展起到了导向作用,而且有些微孔洞之间发生汇合,形成贯穿裂纹。当粘结相中的裂纹扩展到钨颗粒表面时,由于钨颗粒的弱化以及裂纹的存在而导致内应力集中,使得裂纹的扩展力远大于钨颗粒的劈裂阻力,将会导致在裂纹传播方向上的钨颗粒劈裂[3]。中科院力学所唐春安等[4,5]模拟了颗粒增强复合材料破坏过程,着重考虑了颗粒间的相互作用及裂纹扩展过程中应力不断的重新分布。就裂纹萌生期而言,模拟结果同钨合金材料实验结果基本相同,断口中大部分被基体的韧性断裂所占据。而不同的是随裂纹的扩展,由于钨合金材料中钨颗粒占85%左右的体积百分数,裂纹尺寸达到一定程度后必然会使裂纹前方的钨颗粒达到其临界破坏应力,解理断裂将迅速发生,材料很快失效。模拟结果表明:裂纹的萌生主要发生在颗粒的近区内且颗粒间距较小的位置,材料受力变形初期裂纹萌生数量增加,随着进一步的发展,竞争机制使一些裂纹逐渐活跃起来,并不断扩展,直至最后贯通。钨合金在受到拉伸应力作用时,粘结相首先发生变形,然后将应力传递到钨晶粒上,使W晶粒发生变形,在达到其极限值后最终发生断裂失效。SunJun等人[6,7]提出了球形钨晶粒与粘结相因拉应力而造成界面分离(图2所示,形成三维球冠状裂纹的临界应力为:σW-M=12(EW+EM(1-cos<0πГW2R0(1-γ2L(<0(1式中,EW、EM分别为钨晶粒和粘结相的弹性模量;<0为球冠的球心角;R0为钨晶粒半径;γ为钨晶粒的泊松比。ГW为...