形变强化钨合金高密度脉冲电流强韧化处理方法

摘要

形变强化钨合金高密度脉冲电流强韧化处理方法，本发明涉及一种用于材料成形后处理领域钨合金形变强化后综合性能的提高方法，尤其涉及一种形变强化钨合金高密度脉冲电流强韧化处理方法。本发明为解决现有提高WHA塑性的方法存在的耗时长，塑性提高后强度低，功耗大且工艺过程复杂的问题，方法：将形变强化后的钨合金加工成柱形零件，然后使零件两端与脉冲电源的正负极相连，通过调整脉冲电源输出脉冲电流的工艺参数完成强韧化处理。本发明的方法可使处理后的材料强度增加10%～25%左右，拉伸断裂行程增加50%～200%左右，设备功率降低50%以上，时间缩短50%以上，简化了工艺过程，可应用与钨合金后处理领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于材料成形后处理领域钨合金形变强化后综合性能的提高方法，尤 其涉及一种形变强化钨合金高密度脉冲电流强韧化处理方法。

背景技术

随着材料科学的发展，复合装甲、高强度陶瓷装甲、贫铀装甲的使用，以及爆炸反应 装甲的出现，大大提高了装甲的抗毁能力，对破甲技术提出更高的要求。反装甲武器近期 对付的防护目标已升级为1.3m均质装甲(RHA)和带有新型反应装甲或主动防护系统。中期 对付的防护目标为1.5mRHA和带有新型反应装甲或主动防护系统。作为穿甲弹材料要求具 有高密度、高强度和高的延展性、冲击韧度等静态和动态力学性能。目前常用的弹体材料 为贫铀合金(DU)及高密度钨合金（WHA），DU在常规发射速度条件下（<2000m/s）侵彻 深度优于WHA，但在高发射速度条件下（>2000m/s）侵彻深度已不弱于DU。

目前采用粉末冶金方法制备的高密度钨合金(烧结态)的抗拉强度一般在 900MPa～1000MPa，伸长率在20%～30%之间，必须经过强化才能用于制作穿甲弹。材料 的高强度和高韧性是相互矛盾的，在提高WHA强度的同时必然降低其韧性，经过强化的 WHA强度提高到1400MPa以上，延伸率也急剧下降到5%以下，无法达到高发射速度的 使用要求。

目前通常采用退火处理的方法提高塑性，而通过研究表明在再结晶温度（1300℃左右） 以下退火塑性增长缓慢，需要很长时间才能达到塑性要求，一般需要60min～120min，耗 时长，效率低，而在再结晶温度（1300℃左右）以上退火处理塑性提高的同时强度下降很 快，强度下降10%～20%，强度较差，不满足使用要求，同时传统的高温退火处理方法还 存在功耗较高，功耗一般为50KW～60KW，且工艺过程复杂的缺点。

发明内容

本发明是为解决现有提高WHA塑性的方法存在的耗时长，塑性提高后强度低，功耗 大且工艺过程复杂的问题，而提供一种形变强化钨合金高密度脉冲电流强韧化处理方法。

本发明的形变强化钨合金高密度脉冲电流强韧化处理方法按以下步骤进行：

将形变强化后的钨合金加工成柱形零件，然后将柱形零件两端分别与脉冲电源的正负 极相连，通过调整脉冲电源输出脉冲电流的工艺参数对零件进行强韧化处理，工艺参数： 电流为2000A～5000A，脉冲电流频率为40Hz～200Hz，脉宽为40μs～60μs，总脉冲个数为 5000～20000个，同时在强韧化处理过程中控制零件温度为500℃～700℃，完成强韧化处 理。

本发明中所述的形变强化为现有技术，通过挤压变形来实现。

本发明完成强韧化处理后空冷至室温后，得到强韧化处理后的钨合金零件。

本发明采用高密度脉冲电流对形变强化后的钨合金进行强韧化处理，本发明的方法是 直接针对最终零件进行处理，方法具有如下优点：

一、通过电流引起的焦耳热效应、纯电塑性效应、集肤效应、收缩效应和磁压缩效应， 使金属内部产生消除位错缠结，促进动态回复和再结晶，弥合微小裂纹；

二、本发明通过控制电流密度、电流强度以及电流频率等参数进行强韧化处理，可以 同时提高材料强度和塑性；

三、本发明的方法可使处理后的材料兼具高强度和高塑性两项指标，经本发明的方法 处理后的材料其强度增加了10%～25%左右，塑性指标拉伸断裂行程增加了50%～200%左 右；

四、本发明与传统的电炉高温退火处理方法相比，设备功率降低了50%以上，节约能 耗；

五、本发明与传统的电炉高温退火处理方法相比，可以使处理时间缩短了50%以上， 效率高；

六、本发明的方法简化了工艺过程，简单易行。

具体实施方式

本发明的技术方案不局限于以下具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组 合。

具体实施方式一：本实施方式的形变强化钨合金高密度脉冲电流强韧化处理方法按以 下步骤进行：

将形变强化后的钨合金加工成柱形零件，然后将柱形零件两端分别与脉冲电源的正负 极相连，通过调整脉冲电源输出脉冲电流的工艺参数对零件进行强韧化处理，工艺参数： 电流为2000A～5000A，脉冲电流频率为40Hz～200Hz，脉宽为40μs～60μs，总脉冲个数为 5000～20000个，同时在强韧化处理过程中控制零件温度为500℃～700℃，完成强韧化处 理。

本实施方式中所述的形变强化为现有技术，通过挤压变形来实现。

本实施方式中采用测温仪实时监测零件温度，通过调整脉冲电流频率控制零件温度。

本实施方式完成强韧化处理后空冷至室温后，得到强韧化处理后的钨合金零件。

本实施方式采用高密度脉冲电流对形变强化后的钨合金进行强韧化处理，本实施方式 的方法是直接针对最终零件进行处理，方法具有如下优点：

一、通过电流引起的焦耳热效应、纯电塑性效应、集肤效应、收缩效应和磁压缩效应， 使金属内部产生消除位错缠结，促进动态回复和再结晶，弥合微小裂纹；

二、本实施方式通过控制电流密度、电流强度以及电流频率等参数进行强韧化处理， 可以同时提高材料强度和塑性；

三、本实施方式的方法可使处理后的材料兼具高强度和高塑性两项指标，经本实施方 式的方法处理后的材料其强度增加了10%～25%左右，塑性指标拉伸断裂行程增加了 50%～200%左右；

四、本实施方式与传统的电炉高温退火处理方法相比，设备功率降低了50%以上， 节约能耗；

五、本实施方式与传统的电炉高温退火处理方法相比，可以使处理时间缩短了50%以 上，效率高；

六、本实施方式的方法简化了工艺过程，简单易行。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述形变强化后的钨合金 的具体制备过程如下：将钨合金材料在1200℃下进行挤压强化，形变量为50%～80%。其 它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述形变强化后的钨 合金的具体制备过程如下：将钨合金材料在1200℃下进行挤压强化，形变量为60%～80%。 其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的电流为 2500A～5000A。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的总脉冲个 数为8000～12000个。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的脉宽为 50μs。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的在强韧化 处理过程中控制零件温度为600℃～700℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相 同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述的脉冲电流 频率为40Hz～100Hz。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述的脉冲电流 频率为40Hz～50Hz。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述的脉冲电流 频率为45Hz。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。

用以下试验验证本发明的有益效果：

试验一：形变强化钨合金高密度脉冲电流强韧化处理方法按以下步骤进行：

一、将规格为Φ30mm钨合金棒材在1200℃下进行挤压成规格为Φ15mm的钨合金棒 材，完成形变强化，得到形变强化后的钨合金；其中所述的钨合金棒材中钨的质量分数为 93%、镍的质量分数为4.9%、铁的质量分数为2.0%和钻的质量分数为0.1%；

二、将步骤一得到的形变强化后的钨合金加工成规格为Φ2mm的零件，然后将该零件 两端分别与脉冲电源的正负极相连，调整脉冲电源输出脉冲电流的工艺参数，设置电流为 5000A，脉宽为50μs，脉冲电流频率为50Hz，总脉冲个数为8000个，采用测温仪实时监 测零件温度，零件温度为600℃，完成强韧化处理；

三、将步骤二完成强韧化处理后的零件空冷至室温，得到钨合金零件。

采用型号WDW3100数控控万能拉伸机对试验一中步骤一得到形变强化后的钨合金 以及试验一最终得到的钨合金零件进行力学性能检测，得到步骤一得到形变强化后的钨合 金其强度为1250MPa，拉伸断裂行程为0.45mm，试验一最终得到的钨合金零件其强度为 1420MPa，拉伸断裂行程为1.40mm。

试验二：形变强化钨合金高密度脉冲电流强韧化处理方法按以下步骤进行：

一、将规格为Φ30mm钨合金棒材在1200℃下进行挤压成规格为Φ15mm的钨合金棒 材，完成形变强化，得到形变强化后的钨合金；其中所述的钨合金棒材中钨的质量分数为 93%、镍的质量分数为4.9%、铁的质量分数为2.0%和钻的质量分数为0.1%；

二、将步骤一得到的形变强化后的钨合金加工成规格为Φ2mm的零件，然后将该零件 两端分别与脉冲电源的正负极相连，调整脉冲电源输出脉冲电流的工艺参数，设置电流为 2500A，脉宽为50μs，脉冲电流频率为45Hz，总脉冲个数为12000个，采用测温仪实时 监测零件温度，零件温度为700℃，完成强韧化处理；

三、将步骤二完成强韧化处理后的零件空冷至室温，得到钨合金零件。

采用型号WDW3100数控控万能拉伸机对试验二中步骤一得到形变强化后的钨合金 以及试验二最终得到的钨合金零件进行力学性能检测，得到步骤一得到形变强化后的钨合 金其强度为1250MPa，拉伸断裂行程为0.45mm，试验二最终得到的钨合金零件其强度为 1610MPa，拉伸断裂行程为1.35mm。