新概念高密度合金强韧化机理及动态性能研究
Study on Strengthening and Toughening Mechanism and Dynamic Properties of a New High Density Alloy
长期以来,战斗部材料一直寻找高密度合金以提高打击能量,传统钨合金密度很高,其强度与韧性却比超高强度钢低,这是由于钨合金粉末冶金方法的局限性.因此如何提高高密度合金的强韧性成为目前需要攻克的主要问题.本文创新性地提出固溶体钨合金概念,以全固溶态代替烧结态,从而获得较高的强韧性.基于面心立方结构(FCC)+时效强化的全新理念,设计出一种新概念高密度合金NiW750,其密度达到11.4 g/cm3,通过时效处理其强度与超高强度钢G50相当,韧性比G50高65%以上.本文系统研究热处理制度对该合金静动态力学性能与微观组织的影响,探讨其微观机理,总结了动态条件下绝热剪切带变化规律,并将NiW750合金与钨合金93WNiFe、超高强度钢G50进行对比,验证了新合金体系静动态性能的综合优势.论文研究主要成果如下:固溶温度对NiW750合金的微观组织及力学性能影响不大.时效温度对NiW750合金析出相及力学性能具有显著影响.通过时效处理,基体中析出细小弥散分布的第二相Ni4W.本文研究了时效温度650℃-900℃,时效时间为5h条件下析出相的变化情况:在650℃-800℃范围内,随着时效温度的升高,合金内部不断有新的析出相形核析出,已经出现的析出相继续长大,分布间距逐渐减小;在800℃-900℃时效时,析出相发生回溶现象,使得合金的强度明显下降.析出相的大小与分布间距均影响该合金的力学性能,在750℃左右时两者达到最优配比,合金的静态力学性能达到最佳.时效时间对NiW750合金析出相及力学性能影响显著.在0-320h范围内,随着时效时间的延长,析出相含量逐渐增多,但是到一定程度后趋于饱和,析出相的体积分数对其强化作用逐步变弱.NiW750合金在锻态+750℃*5h时效后性能最佳,其抗拉强度为1746MPa,屈服强度1571MPa,韧性值aKU为113J/cm2.霍普金森压杆实验(SHPB)表明:在1500s-1-7000s-1应变率范围内,NiW750合金存在应变率硬化效应,合金的动态流变应力可达到2250MPa.形成的绝热剪切带立体模型为中心对称的两个圆锥体曲面,变形带宽度80-150μm,过渡区较大.随着应变率增大,变形带从模糊逐渐变得清晰,带宽与材料硬度有关,时效处理提高硬度,使应力集中,带宽变小,材料更容易发生断裂.与钨合金93WNiFe、马氏体钢G50相比,本文的NiW750合金优势明显:采用镍钨全固溶结构,保证塑韧性,还可通过热处理析出强化相提高强度,合金强度比93WNiFe可提高21.7%,韧性提高7.7倍;加入37%wt的钨,使密度比超高强度钢高46%;同时奥氏体的结构具有多滑移系,应力可以被及时疏散,合金临界剪切应变率比超高强度钢提高40%以上,合金动态冲击吸收能可达1300MJ·cm-3,保证了良好的动态性能.
- 作者：
- 刘冠旗
- 学位授予单位：
- 钢铁研究总院
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 王春旭；厉勇
- 中图分类号：
- TG146.411
- 关键词：
- 高密度合金；固溶体；面心立方；时效强化；绝热剪切带
- high density alloy; solid solution; faced-center cubic; aging treatment; adiabatic shear bands;