本发明专利技术涉及一种具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金及其制备方法，属于高密度钨合金技术领域。该钨合金是由W元素、Co元素、Al元素、M元素以及N元素按照一定比例组成的，M元素为Ni、Fe、V、Cr、Ta和Nb中的至少一种，N元素为Y、V、Mo、Mn、Hf和Ti中的至少一种，通过调控组成成分以及成分含量，确保其微观组织结构包含W相、γ固溶体相以及L12相、密度为17.5～18.4g/cm3、准静态压缩强度在1900MPa以上、准静态压缩延伸率在20％以上以及经过动态压缩后呈现出绝热剪切失效，使该钨合金具有高密度、超高强度、高塑性以及优异的绝热剪切敏感性。该钨合金的制备工艺简单，易于操作，满足规模化生产的需求，在兵器工业领域具有良好的应用前景。应用前景。应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金及其制备方法，属于高密度钨合金
技术介绍
[0002]高密度钨合金通常指主要包含BCC结构的钨相和FCC结构的γ固溶体相且密度高达16.5～19.0g/cm3的合金，组成成分不同的高密度钨合金的密度也不尽相同。高密度钨合金因其密度高、强度高及对环境无污染等优良特性，在兵器工业，尤其是穿甲弹芯杆材料方面发挥了巨大作用。
[0003]然而，目前以W
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Ni
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Fe合金为代表的传统钨合金在动能侵彻过程中易形成“蘑菇”形钝化弹头，导致能量损耗，限制了其穿深能力。为了提高高比重钨合金绝热剪切敏感性，通常采用大变形细化晶粒等手段，但是工艺相对比较复杂，且提升空间有限。如：中国专利CN115007645A(一种通过晶体织构设计提升纯钨金属绝热剪切敏感性的方法，公开日2022
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09
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06)，该专利通过大变形改变钨金属的初始晶体取向，提升了纯钨金属绝热剪切敏感性，但该方法对材料塑性要求高，生产难度较大。
[0004]“自锐”效应是目前提升高比重钨合金穿深能力常用的手段。如：中国专利CN111283212A(一种剥层自锐结构钨合金材料及其制备方法和应用，公开日2020
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16)，该专利将板型钨镍铁合金进行滚弯变形处理，得到变形钨镍铁合金，制备了剥层自锐结构钨合金材料，但是没有从材料本身出发使其获得自锐效应，且在一定程度上增加了加工成本。
技术实现思路
[0005]针对目前高比重钨合金难以做到高密度、高强塑性及良好绝热剪切性能有机结合的问题，本专利技术提供一种具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金及其制备方法，通过选择高比重钨合金的组成成分以及优化各成分的含量，使γ固溶体相中析出具有一定稳定性以及一定含量的L12相，确保该钨合金具有高密度、超高强度、高塑性以及优异的绝热剪切敏感性；该钨合金的制备工艺简单，易于操作，满足规模化生产的需求，在兵器工业领域具有良好的应用前景。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0007]一种具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金，是由W元素、Co元素、Al元素、M元素以及N元素按照a:b:c:d:e的质量百分比组成的钨合金，M元素为Ni、Fe、V、Cr、Ta和Nb中的至少一种，N元素为Y、V、Mo、Mn、Hf和Ti中的至少一种，90％≤a≤95％，1％≤b≤8％，0.5％≤c≤4.5％，0≤d≤3％，0≤e≤3％，且d+e＜b，a+b+c+d+e＝100％。所述钨合金的微观组织结构包含W相、γ固溶体相以及L12相，密度为17.5～18.4g/cm3，准静态压缩强度在1900MPa以上，准静态压缩延伸率在20％以上，经过动态压缩后呈现出绝热剪切失效。
[0008]优选地，M元素为Ni、Fe、和Ta中的至少一种，N元素为Hf和Ti中的一种或两种。
[0009]优选地，90％≤a≤95％，3％≤b≤7％，0.5％≤c≤3％，0≤d≤2.5％，0≤e≤2.5％，且d+e＜b，a+b+c+d+e＝100％。
[0010]具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金的制备方法，具体包括以下步骤：
[0011](1)将各元素对应的单质粉体混合均匀，或者将W单质粉体与CoAlMN合金粉体混合均匀，得到混合粉体；
[0012](2)将混合粉体进行液相烧结，得到烧结体；
[0013](3)对烧结体进行退火处理或者热等静压处理，得到所述钨合金。
[0014]步骤(1)中，称取各原料粉体后，在惰性气体保护气氛下以30～600r/min转速均匀混合4～24h，之后置于100～180℃的真空干燥箱中真空干燥2～8h，得到混合粉体。
[0015]步骤(2)中，可以采用传统液相烧结工艺或者激光瞬时液相烧结工艺制备烧结体。传统液相烧结工艺使用箱式高温烧结炉，先以5～20℃/min升温速率升温至700～1000℃并保温60～120min，再以2～20℃/min升温速率升温至1300～1700℃并保温0～120h，冷却后得到烧结体。激光瞬时液相烧结工艺是以激光为热源，在微小熔池内只熔化基体、同时保持熔池中大部分钨颗粒不熔化，实现超短时长液相烧结，该技术可以更好地控制钨颗粒长大，避免钨合金成分偏析，具体工艺参数如下：激光功率800～2000W，扫描速率300～1500mm/min，送粉速率15～45g/min，扫描间距1.0～3.0mm，以及抬高0.1～0.5mm。
[0016]步骤(3)中，退火处理的退火温度为500～1100℃以及退火时间为2～24h；热等静压处理的温度为800～1500℃、压力为80～230MPa以及时间为2～24h。
[0017]有益效果：
[0018](1)本专利技术所述的钨合金在基体中引入了W元素，并通过元素比例调控，使得W元素与基体相中其他元素结合生成了Co3(Al,W)这种L12型析出相，在避免合金脆化的前提下，保证了钨合金的高密度和高强度。
[0019](2)本专利技术所述的钨合金中引入了L12相，利用L12相高温分解的特性使得钨合金具备了高绝热剪切敏感性，具备了“剪切自锐”能力。
[0020](3)本专利技术所述的钨合金可以通过调节M、N元素种类和含量对合金中的金属间化合物含量进行调控，从而对合金的力学性能、密度及绝热剪切敏感性等性质做出更好的调控。不添加M、N元素时，钨合金中的析出相较少，强度较低；添加过多的M、N元素时，钨合金中的金属间化合物种类和含量变化不利于钨合金的塑性和绝热剪切敏感性。
[0021](4)本专利技术所述钨合金制备过程中，采用传统液相烧结以及激光瞬时液相烧结两种烧结工艺，可以有效实现W颗粒尺寸控制和W
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W连接度控制之间的配合，保证钨合金的各项性能指标；通过后续热处理可以有效调控析出相的含量和形态，保证合金的性能。
[0022](5)本专利技术所述钨合金具有高密度、超高强度、高塑性以及优异的绝热剪切敏感性，而且制备工艺简单，生产效率高，易于工业化生产，在兵器工业领域具有良好的应用前景。
附图说明
[0023]图1为实施例1通过传统液相烧结技术制备的95W
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4Co
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0.5Al
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0.3Ta
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0.2Ti钨合金
的X射线衍射(XRD)图。
[0024]图2为实施例1通过传统液相烧结技术制备的95W
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4Co
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0.5Al
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0.3Ta
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0.2Ti钨合金的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0025]图3为图2中L12相的局部放大扫描电子显微镜图。
[0026]图4为实施例1通过传本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金，其特征在于：是由W元素、Co元素、Al元素、M元素以及N元素按照a:b:c:d:e的质量百分比组成的钨合金，M元素为Ni、Fe、V、Cr、Ta和Nb中的至少一种，N元素为Y、V、Mo、Mn、Hf和Ti中的至少一种，90％≤a≤95％，1％≤b≤8％，0.5％≤c≤4.5％，0≤d≤3％，0≤e≤3％，且d+e＜b，a+b+c+d+e＝100％，且所述钨合金的微观组织结构包含W相、γ固溶体相以及L12相。2.根据权利要求1所述的一种具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金，其特征在于：M元素为Ni、Fe、和Ta中的至少一种，N元素为Hf和Ti中的一种或两种。3.根据权利要求1或2所述的一种具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金，其特征在于：90％≤a≤95％，3％≤b≤7％，0.5％≤c≤3％，0≤d≤2.5％，0≤e≤2.5％，且d+e＜b，a+b+c+d+e＝100％。4.一种如权利要求1至3任一项所述的具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)将各元素对应的单质粉体混合均匀，或者将W单质粉体与CoAlMN合金粉体混合均匀，得到混合粉体；(2)将混合粉体进行液相烧结，得到烧结体；(3)对烧结体进行退火处理或者热等静压处理，得到所述钨合金。5.根据权利要求4所述的一种具有高绝热剪切敏感性以及高强塑性的高密度钨合金的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁耀健，岳锦涛，王本鹏，薛云飞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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