钨合金材质开发进展

经过近60年的研究开发，在材质体系、品种及相应产品开发与应用等方面取得很大的进步，形成了多种材质体系和不同用途的产品，具体表现如下：

1.1.1W-Ni-Cu合金

   W-Ni-Cu合金是中国最早开发的一种高密度钨合金，20世纪60年代初首先研制和开发了陀螺仪转子和平衡配重用W142合金，其成分为(92.5~93.5)W-(4.2~4.9)Ni-(2.1~2.55)Cu，该合金的抗拉强
度高、弹性模量大且无磁性，满足了国产飞机的陀螺导航和第一颗人造卫星上的需要，但当时应用很有限，产量不到10t。70年代中期，为了满足某些工程的需要，相继研制开发了90W-7Ni-3Cu和FGR-W-Cu-Ni两种牌号的钨合金用于平衡配重材料应用在导弹和核潜艇中[8]，其单件重量达50kg。此后，70年代末80年代初，又相继研究开发出W131（（95.5~96.5）W-（2.5~3）Ni-（1~1.5）Cu）、W152（（92~94）W-（4.5~6）Ni-（1.5~2）Cu）、W173（（90~91）W-（5.5~6）Ni-（3.5-4）Cu）三种牌号的高密度合金用做平衡锤以及在高速旋转下控制分油门调节油量的质量块，并应用在“斯贝”航空发动机中。与此同时，所开发的WA162钨合金砧块与普通Cu-W80砧块相比，其使用性能提高3~4倍，到80年代末该合金产量达到了数10t。90年代研制了高均匀度大膨胀系数钨基合金，研究发展了多种成分体系和牌号的W-Ni-Cu系合金，主要包括：W163（（91~92.5）W-（4.5~6）Ni-（1~3）Cu）、W-Ni-Cu-Mn、W-Ni-Cu-Ag、W-Ni-Cu-Sn[9]。所研制开发的W-Ni-Cu-Mn（Ag，Sn）大膨胀钨基合金的线膨胀系数达到8.0×10-6/℃以上，比W163合金提高30%以上。解决了W-Ni-Cu合金与陀螺仪中的铍部件匹配性，提高了陀螺仪的性能和精度，从而推动了W-Ni-Cu系合金在航空、航天及航海等领域上获得更为广泛的应用。经过近50年的发展，该合金的研究发展与推广应用取得了很大的进步，形成了多种合金成分体系与10余个合金牌号，研究开发了平衡配重材料、陀螺仪转子材料、电热镦粗砧块材料、屏蔽材料、电极材料等多种产品，形成了多个系列，年产量达400~500t，广泛应用于军工、航天、机械加工、仪器仪表、石油开采、医疗卫生等领域。

1.1.2W-Ni-Fe合金

   W-Ni-Fe合金具有高的强度和塑性，其应用更加广泛。20世纪70年代初，首先开发了95W-Ni-Fe和WNF-185合金用做屏蔽材料，应用于Co60治疗机和BJ-10电子直线加速治疗机，结束了长期依赖进口的局面，随后该合金又被应用到探测煤层厚度的“小口径放射性测井仪”和“低能γ源荧光分析仪”[9]，该合金产量不足50t。70年代末，随着坦克防御技术的不断发展，曾在第二次世界大战中大量使用的WC-Co硬质合金弹头已不能满足破甲要求，为了满足中国反坦克兵器发展的需要，北京有色金属研究院研制了GW-1型钨基合金（其成分为95.5W-2Ni-2.2Fe-0.3Co）用做第一代钨合金穿甲弹弹芯材料，其强度达到904MPa，延伸率达到15%，填补了国内空白。为了适应高初速、高膛压穿甲弹，中国相继开发了GW-2S和GW-3S牌号的钨基合金用做穿甲弹弹芯材料，抗拉强度达1274MPa，穿破甲性能进一步提高，穿甲厚度达到178mm[10]。与此同时，还将W-Ni-Fe合金应用在高射机枪弹头材料中，北京钢铁研究总院开发的GW-7钨合金弹头材料与传统弹头材料相比，有效穿甲射程提高近10倍。W-Ni-Fe合金在民用工业中也得到推广应用。

   80年代末到90年代初相继研究开发了W252、W232、W221等多种牌号在电气工业中用做电热镦粗砧块材料，与W-Ni-Cu和Cu-W80合金砧块相比，使用寿命大大提高。90年代中期，钨合金用做高尔夫配重、鱼坠、大型配重等材料。经过近40年的发展，中国W-Ni-Fe合金的研究、开发与应用获得了巨大进步，研究开发的合金牌号达20余种，涉及10多种合金成分，形成了穿甲弹弹芯、屏蔽材料、电热镦粗砧块材料、平衡配重材料等多种系列产品，年产量超过2000t，在航空航天、军工、体育设施、核工业、电子信息等多个领域得到广泛应用。

1.1.3W-Cu合金

   60年代初，中国首先研制了W-20Cu材料替代纯铜和铜合金触头用做10kV以上的高压电器开关触头，提高了使用性能和延长了使用寿命[11]。60年代末，为配合航空航天工程发展的需要，中国自主研制开发了W-7Cu合金用做火箭弹的喷管喉衬材料，当时中国钨铜产量仅有40t。随后在70年代相继开发了W-13.2Cu、W-7.6Cu、W-5.9Cu三种牌号的高温用W-Cu材料，用做制备飞行器的喷管、喉衬、燃气舵、空气舵等高温部件，此时中国钨铜产量已达到80t。80年代初，为了适应高中压电器设备的需要，中国先后开发了W10CuV、WCu15V、W20CuV、W33CuV、W35CuV、W35CuSbV等多个牌号的真空电触头，其工作电压在200kV以上。与此同时，相继开发了CuW55%（RWMAClass10），钨铜CuW75%（RWMAClass11），钨铜CuW80%（RWMAClass12），F6002E等牌号的钨铜合金制备电火花加工电极，其抗电弧烧蚀性能较传统铜合金大为提高[12]，推动了中国电火花工业的发展，此时中国国内钨铜产量达到150t。上世纪90年代以来，中国陆续开发了90W-10Cu、85W-15Cu、80W-20Cu等体系钨铜合金，用做电子封装材料[13]。随着信息化时代的来临，其成为钨铜发展最为迅速的方向，此时国内钨铜产量已经达到了200t。经过50多年的发展，该合金的研究与开发应用得到了长足的进步，形成了多种合金成分体系与合金牌号，开发了真空电触头、电火花加工电极、电子封装材料、高温结构材料等多种系列产品，产量已达到700t，广泛应用在军工、航空航天、电子信息、电气工业、机械加工等领域。

1.1.4其他钨合金

   W-RE合金是另一种重要的钨基合金，20世纪60年代初中国研制开发了W-RE合金用于热电偶中，在以后的30年里，陆续开发出WRE1-WRE26等多种牌号的W-RE合金适应不同条件下热电偶的使用需要。测量温度最高达3000℃，精度达0.25%。90年代又开发了高性能W-RE、W-Th-RE合金，开始在电子显像管发射材料中得到应用。此外，中国90年代开发的W-Ir合金、W-TiC合金在高温复合流口和高温材料测试结构件中得到应用[14]。而最近正在研究的W-Ni-Mn、W-Hf等合金在穿甲自锐方面效果显著，发展潜力巨大。