细晶钨合金的制备与动态失效行为

   采用喷雾干燥−热还原的方法制备纳米级93W-4.9Ni-2.1Fe复合粉末，并以其为原料制备出含0.03%Y2O3(质量分数)的细晶钨合金，研究微量稀土掺杂对烧结致密化和显微组织的影响以及93W-4.9Ni-2.1Fe合金在动态压缩状态下的力学行为。结果表明：纳米级复合粉末在1 380~1 410 ℃之间液相烧结可实现材料的近全致密化，比同种成分的传统钨合金的烧结温度降低了120 ℃左右，合金的相对密度可达99%以上，且合金的晶粒尺寸为5 µm左右。与传统W-Ni-Fe合金相比，细晶W-Ni-Fe合金在高应变率下具有更高的合金强度和延性，同时，在较低应变率下有形成局部绝热剪切带的倾向；添加微量Y2O3能进一步提高细晶W-Ni-Fe合金的绝热剪切敏感性，有利于在较低应变率下形成绝热剪切带。

   W-Ni-Fe合金由于具有密度高、抗拉强度高、延性好等一系列优异的力学性能，在航天航空、国防军工等方面有着广泛的应用，尤其是在用做杆式动能穿甲弹弹芯材料方面，日益受到国内外科研工作者的重视。由于W-Ni-Fe合金具有与贫铀弹接近的高密度和良好的力学性能以及环境友好的优点，因而成为目前替代贫铀弹(DU)最理想的材料。但与贫铀弹相比，钨合金在穿透过程中容易形成蘑菇头而不能形成很好的绝热剪切带，其穿甲威力不能和DU弹相媲美。为了提高钨合金的穿甲自锐性，人们做了大量的研究[4−8]。BOSE等[4]研究表明，钨合金的晶粒细化有利于材料高速加载下局域剪切变形，这种变形机制是穿甲材料自锐化的实现方式之一。WEI等[5]研究了纳米晶钨的局域剪切变形，进一步验证了晶粒的细化有利于材料的冲击失稳。BOSE和GERMAN[6]通过添加难熔金属Mo和Re来细化材料的组织。近年来，人们在添加稀土细化组织方面也做了大量的工作。PARK等研究发现，添加稀土Y2O3有利于细化钨合金的晶粒和提高材料的动态力学性能，特别是在不形成绝热剪切带的条件下产生“自锐化”，提高了穿甲能力。 

   本文作者采用喷雾干燥−热还原的方法制备93W-4.9Ni- 2.1Fe复合粉末[10−11]，在此基础上通过在粉末制备过程中添加微量稀土元素Y，研究微量稀土掺杂对93W-4.9Ni-2.1Fe复合粉末的烧结和显微组织的影响；研究93W-4.9Ni-2.1Fe合金在动态压缩状态下的力学行为，分析钨合金在高应变率(＞103 s−1)下的动态力学性能的影响规律以及细化晶粒和稀土掺杂对钨合金动态力学性能和绝热剪切带形成的影响。