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由于具有良好的力学性能以及无放射性污染的特点,钨基高密度合金(WHAs)有望取代贫铀合金作为穿甲弹的弹芯材料。然而其穿甲效果受制于钨合金穿甲过程中形成的“蘑菇头”。受到梯度硬质合金材料的启发,本研究将钨合金材料设计成梯度结构以期能够明显提高其穿透能力。本文首先对梯度组元进行了选择设计。将添加了Co、Cr、Mn、Ti、Mo和Sn合金元素的W-Ni-Fe合金生坯与93W-4.9Ni-2.1Fe的生坯叠加在一起组成烧结偶进行液相烧结,发现Mn和Cr容易氧化而在钨合金中形成孔洞不利于在常规烧结中获得高性能的钨合金,Ti在氢气中容易发生吸氢放氢反应而产生大量孔洞,同样在氢气气氛下难以获得理想的性能。而Co和Sn在体系中扩散能力较强,容易在烧结过程中得到均质的结构,无法获得梯度钨合金。作为钨合金中的常用添加元素Mo,与钨能够无限固溶,在钨合金体系中扩散较慢,因此适合作为诱导梯度形成的添加元素。本文研究了梯度结构钨基高密度合金的制备工艺,在1500℃,氢气气氛下,通过成分为93W-4.9Ni-2.1Fe与成分为88W-5Mo-4.9Ni-2.1Fe的压坯组合烧结,能得到明显的晶粒尺寸与粘接相梯度分布的组织,晶粒尺寸由富钼区的16μm过渡到贫钼区的23μm,粘接相体积从富钼区的18.5%过渡到12.5%。其显微硬度也分别从富钼区的374HV过渡到贫钼区的242HV。而钼元素的梯度分布是引起晶粒尺寸和粘接相梯度分布的原因。晶粒尺寸梯度和成分梯度对钨合金再烧结液相重新分配的研究表明晶粒尺寸的差异和表面张力梯度是引起液相流动的两个原因。对梯度结构钨合金的断口分析表明,在富钼区域以W颗粒的解理断裂为主,而贫钼区域则是W-M(粘接相)的撕裂以及W颗粒的断裂。这样的断裂方式说明梯度钨合金具有相对硬而脆的表面和韧性较好的芯部,这样的梯度结构有利于在穿甲过程中的自锐,提高其穿透能力。图46幅,表8个,参考文献80篇。