全嘉林，梁爭峰，閆 峰

(西安近代化學(xué)研究所，西安 710065)

鎢質(zhì)粉末冶金材料是一種高密度，高強(qiáng)度，力學(xué)性能優(yōu)異的合金材料，在武器工業(yè)中應(yīng)用廣泛。尤其采用鎢合金作為防空反導(dǎo)導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的主要?dú)翘岣咂渫Φ挠行緩健?/p>

然而在戰(zhàn)斗部實(shí)際應(yīng)用中，還要解決破片在爆轟加載作用下變形甚至破裂影響侵徹性能等關(guān)鍵問題，既要保證破片有足夠的強(qiáng)度，又要保證破片的完整性與有效性。為解決這一關(guān)鍵問題，國內(nèi)外學(xué)者展開了大量的相關(guān)研究。目前針對鎢合金的研究包括，包括鎢合金制備新工藝的探索、合金靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測試、鎢合金在戰(zhàn)斗部應(yīng)用中的侵徹威力與裝藥匹配性研究等等。

本研究分別從配方設(shè)計(jì)、制備工藝、顯微組織、力學(xué)特性和應(yīng)用研究5個(gè)方面總結(jié)評述了鎢合金及其防空反導(dǎo)戰(zhàn)斗部應(yīng)用的研究進(jìn)展，并針對應(yīng)用前景與研究現(xiàn)狀，提出了4點(diǎn)未來研究需要重點(diǎn)關(guān)注的趨勢。

1 鎢合金成分設(shè)計(jì)

鎢質(zhì)粉末冶金材料是一種以鎢為基體，加入其他少量合金元素通過粉末冶金工藝制成的合金材料。主要材料體系包括W-Ni-Fe/Cu，W-Cu及部分其他合金體系等。

鎢的含量直接影響合金的密度和硬度，合金密度隨W含量增大而增大；在實(shí)際應(yīng)用中，鎢含量一般控制在85～95wt%，其中93W鎢晶粒尺寸最佳，基相均勻分布，拉伸強(qiáng)度最大[1]。合金中Ni/Fe比對合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能也有較大的影響。合理設(shè)計(jì)合金的Ni/Fe比能夠防止固相析出過程中化學(xué)成分的不均勻性，以免影響合金力學(xué)性能。通常情況下認(rèn)為Ni/Fe比為7/3時(shí)達(dá)到最佳性能。

為改善鎢合金的性能，可以向合金中添加其他微量元素。Senthilnathan N等[2]發(fā)現(xiàn)添加1.0%鈷使鎢合金具有更高的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，平均鎢晶粒尺寸由12.3 μm控制在11.5 μm內(nèi)，顆粒鄰接性隨著鈷添加百分比的增加而降低。此外，Mo與Re等金屬也常被應(yīng)用到鎢合金中，起固溶強(qiáng)化與細(xì)化晶粒的作用。

彌散強(qiáng)化是改進(jìn)鎢合金性能的一種重要途徑，通過在材料中加入某些碳化物或氧化物硬質(zhì)顆粒作為強(qiáng)化相，使其在基體內(nèi)呈彌散分布，從而使合金強(qiáng)度與硬度明顯提高。目前常用強(qiáng)化相包括Y2O3、La2O3、TiC、ZrC 等。王瑞欣等[3]研究了Y2O3彌散強(qiáng)化95W合金的力學(xué)性能，得到鎢合金的顯微硬度可達(dá)HV532，并表現(xiàn)出較高的韌性。種法力[4]分析了TiC彌散增強(qiáng)鎢基復(fù)合材料的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)TiC彌散相有效地抑制了W晶粒的長大，斷裂模式轉(zhuǎn)為穿晶斷裂，有效增強(qiáng)了W基合金材料的性能。

隨著戰(zhàn)斗部技術(shù)發(fā)展與功能拓展，對破片材料要求不再只限于力學(xué)性能的提升，近年來有學(xué)者將鎢合金和含能材料相結(jié)合，形成活性破片。陳鵬等[5]對含鎢活性破片的力學(xué)性能與反應(yīng)特性進(jìn)行了研究?；钚云破l(fā)生反應(yīng)的臨界吸收能量為40.9 J/g。王海福等[6]的研究表明，含鎢活性破片在1 500 m/s的速度下碰撞目標(biāo)時(shí)，釋放的化學(xué)能約為動(dòng)能的5倍。陳偉等[7]對比了鎢鋯合金、93W、易碎鎢合金3種材料破片對油箱的毀傷效果，其中鎢鋯破片由于破片飛散角大、小碎片燃燒形成多火點(diǎn)引燃等原因?qū)崿F(xiàn)了對油箱的高效毀傷。含能破片材料的引入，有助于實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗部侵徹-引燃-引爆的多重毀傷效應(yīng)，為鎢合金配方設(shè)計(jì)提供了新思路。

2 鎢合金制備工藝

鎢的熔點(diǎn)高達(dá)3 390～3 430 ℃，制備方法以粉末冶金為主。其典型粉末制備工藝如圖1所示，主要包括粉末制備、壓制成型、燒結(jié)及后處理等。

2.1 粉末制備

合金粉末粒度對合金性能有較大的影響。于洋等[8]對比了納米晶鎢粉和微米顆粒鎢粉的燒結(jié)態(tài)鎢合金微觀組織及性能的差異,發(fā)現(xiàn)細(xì)鎢顆粒組織均勻彌散分布，力學(xué)性能相比更高。

制粉方法主要包括機(jī)械合金化法、噴霧干燥法和熱等離子體制粉等，目前研究更為廣泛和深入的仍是機(jī)械合金化法。Debata M等[9]采用雙驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)制備得到了最小晶粒尺寸18 nm的95W合金粉末，并研究了高速球磨對燒結(jié)密度、顯微組織和力學(xué)性能的影響。燒結(jié)后鎢合金密度相對較低，在理論值的97.1%～98.6%。但仍具有良好的硬度與彈性模量。田開文等[10]對高速球磨粉燒結(jié)鎢合金的力學(xué)性能進(jìn)行了測試，較普通鎢合金有較大性能提升，但孔隙和雜質(zhì)含量對合金密度等性能影響依舊很大。針對高速球磨合金化過程中對粉末團(tuán)聚引入孔隙和雜質(zhì)對合金性能的影響，目前主要解決方法為在制備過程中加入少量過程控制劑(PAC)以阻止粉末顆粒表面團(tuán)聚[11]。

此外，其他超細(xì)鎢粉制備方法也在不斷涌現(xiàn)。Liu等[12]以甘氨酸為主要原料，以水為溶劑，用硝酸甘氨酸為主要原料制備超細(xì)W-Ni-Fe粉末。試驗(yàn)結(jié)果表明，該法制備的超細(xì)95W粉末粒徑約為150 nm。粉末具有良好的燒結(jié)性能。燒結(jié)密度達(dá)99.3%，燒結(jié)后合金具有良好的力學(xué)性能。

2.2 燒結(jié)

燒結(jié)是決定鎢合金材料微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的關(guān)鍵工藝。燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)氣氛等都會(huì)對鎢合金材料性能產(chǎn)生影響。楊勇斌等[13]研究了燒結(jié)溫度對鎢球壓縮性能的影響。結(jié)果表明，燒結(jié)溫度越高，晶粒度越大，鎢顆粒之間鄰接度越小。鎢球最高壓潰載荷出現(xiàn)在1 520 ℃下[14]。Chuvil’deev V.N[15]研究了95W的燒結(jié)機(jī)理。作為納米粉末和超細(xì)粉末燒結(jié)的重要參數(shù)，合金密度對燒結(jié)溫度關(guān)系是非單調(diào)的，在最佳燒結(jié)溫度下達(dá)到最大值。燒結(jié)過程分為密集致密化(第一階段)和緩慢致密化(第二階段)兩個(gè)規(guī)律的階段，在第二階段中金屬材料的密度變化很小，并發(fā)生密集的晶粒生長。結(jié)合活化能的計(jì)算結(jié)果分析可知，合金在200～250 ℃下，最佳燒結(jié)溫度較低的原因是由于晶界擴(kuò)散活化能降低，α-W粒子表面層中鎳濃度發(fā)生變化，高能機(jī)械活化過程中鎢粒子表層形成鎳和鐵的非平衡固溶體造成的。加入超細(xì)粉體、延長機(jī)械活化過程、加快磨球的操作速度，可以降低燒結(jié)活化能和最佳燒結(jié)溫度。

放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)近幾年來發(fā)展迅速，具有燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短、生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品致密度高等優(yōu)勢，是目前討論較多的燒結(jié)技術(shù)。Muthuchamy等[16]使用放電等離子體燒結(jié)法將W-Ni-Fe-Mo粉末在1 100 ℃和50 MPa壓力下混合并燒結(jié)，對合金的燒結(jié)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。放電等離子燒結(jié)鎢合金在高應(yīng)變率壓縮過程中表現(xiàn)出高屈服強(qiáng)度和流動(dòng)應(yīng)力。然而新技術(shù)在發(fā)展過程中，也常面臨一些問題，如Shongwe等[17]在60 mm的SPS合金中，觀察到晶粒剝落，降低了材料的性能。

此外，激光燒結(jié)與微波燒結(jié)也是近年來常被提及的新技術(shù)。Wang X等[18]研究了激光燒結(jié)中激光功率、掃描速度、激光跟蹤寬度和掃描遍數(shù)對最終密度的影響。結(jié)果表明，隨著激光功率的增加和掃描速度的降低，可以獲得更高的密度，而掃描道寬度和掃描遍數(shù)對密度的影響不顯著。李波等[19]對比了傳統(tǒng)燒結(jié)和微波燒結(jié)下93W合金的微觀組織與力學(xué)性能，結(jié)果表明，微波燒結(jié)能有效抑制晶粒長大，組織分布更均勻，但存在一定數(shù)量的孔洞，致密度還未達(dá)到最高。說明目前微波燒結(jié)仍存在加熱溫度較低、保溫時(shí)間不夠等種種問題，可以通過進(jìn)一步的工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)秀的合金性能。

鎢合金實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的挖掘帶來了鎢合金粉末冶金工藝研究的不斷深入。合金制備的研究從最早研究合金元素配比開始，到冶金工藝的改進(jìn)，通過形變等后處理技術(shù)強(qiáng)化材料，發(fā)展到現(xiàn)代，納米技術(shù)蓬勃發(fā)展，人們得以從分子、原子等更為細(xì)觀地觀察材料、處理材料，細(xì)晶鎢合金材料的各項(xiàng)性能相對傳統(tǒng)合金有了明顯改善，細(xì)晶化、納米化是未來鎢合金制備領(lǐng)域的重要方向。

3 鎢合金微觀結(jié)構(gòu)研究

鎢合金由體心立方分布(bcc)的鎢顆粒和面心立方分布(fcc)的粘結(jié)相組成。高強(qiáng)度的鎢顆粒均勻分布于較軟的粘結(jié)相中。合金組分與制備工藝均會(huì)改變鎢合金的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對合金性能造成影響。目前對鎢合金顯微組織的研究主要集中于微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對力學(xué)性能的影響和對合金失效模態(tài)的觀察和研究。

3.1 微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對鎢合金力學(xué)性能影響

鎢合金的微結(jié)構(gòu)參數(shù)中，對鎢合金的性能影響較大的因素包括鎢含量、鎢顆粒鄰接度與鎢晶粒尺寸等。

鎢含量的變化導(dǎo)致合金內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的改變。馬紅磊等[20]通過對93W和97W合金進(jìn)行SHPB和原位拉伸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在拉伸情況下，鎢合金含量的增加會(huì)使W-W間開裂變?yōu)殒u顆粒開裂，鎢含量的增加使材料由韌性變?yōu)榇嘈裕u顆粒鄰接度被定義為同一體積內(nèi)鎢鎢間連接面積與總表面積的比值。目前普遍認(rèn)為鄰接度越小，合金屈服強(qiáng)度越大，韌性越好?？讘c強(qiáng)等[21]對比了相同牌號與尺寸的精磨態(tài)與燒結(jié)態(tài)鎢合金球的力學(xué)性能與損傷模式，兩者相比，燒結(jié)態(tài)鎢合金鎢顆粒鄰接度更低，力學(xué)性能更好，更適合應(yīng)用于戰(zhàn)斗部中用作毀傷元。不過目前也有部分研究者指出，鄰接度的提升只會(huì)增強(qiáng)材料的韌性，而對屈服強(qiáng)度無明顯影響甚至降低其強(qiáng)度。鎢顆粒鄰接度提高導(dǎo)致鎢顆粒間連接面積增大，而鎢顆粒與粘結(jié)相間連接部分減少，當(dāng)前者連接強(qiáng)度大于后者時(shí)，就會(huì)有鄰接度導(dǎo)致屈服強(qiáng)度提高的結(jié)論。

鎢晶粒的尺寸對鎢合金力學(xué)性能也有一定影響。馮海云等[22]比較了不同顆粒長徑比的鎢合金的力學(xué)性能，鎢合金屈服強(qiáng)度隨鎢顆粒長徑比加大而有所提高，顆粒的纖維化使基體材料分布更加均勻，鎢合金表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度。另外，實(shí)驗(yàn)表明[23]，鎢合金屈服強(qiáng)度與晶粒大小的關(guān)系服從Hall-Petch關(guān)系，即晶粒尺寸越小，材料強(qiáng)度越高。與此同時(shí)，有研究認(rèn)為，鎢顆粒會(huì)阻礙剪切帶的形成，因此鎢顆粒尺寸越小，越利于絕熱剪切帶的形成，相應(yīng)的侵徹能力就越強(qiáng)。這也是細(xì)晶化成為鎢合金制備研究重點(diǎn)的原因之一。

隨著觀測技術(shù)的進(jìn)步，從細(xì)觀形貌觀察的角度研究鎢合金的顯微組織與力學(xué)性能間的聯(lián)系具有廣闊的前景。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對目前結(jié)論的印證與理論背景的完善是這方面后續(xù)研究的重點(diǎn)。

3.2 鎢合金失效模態(tài)研究

合金失效模態(tài)可以反映鎢合金加載過程中較為薄弱、容易發(fā)生破壞的部分，對鎢合金在高溫高應(yīng)變率作用下行為預(yù)測有很大意義?？蓮囊种坪辖鹌茐牡慕嵌?，尋求強(qiáng)化材料力學(xué)性能的途徑。鎢質(zhì)粉末冶金材料有一定的孔隙度，韌性有限，服役過程中容易發(fā)生斷裂。鎢合金典型斷裂機(jī)制如圖1所示[24]。王迎春等[25-26]對比了93W與98W的破碎特性，并觀察了這兩種合金的斷裂形貌，提出用材料抗拉強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度的比值線性表征材料發(fā)生斷裂的概率。

A1-黏結(jié)相的穿晶延性斷裂；A2-氈結(jié)相的晶間斷裂；A3-W晶粒的穿晶解理斷裂；A4-W晶粒的晶間斷裂；A5-W與黏結(jié)相界面斷裂的W側(cè)；A6-W與黏結(jié)相界面斷裂的黏結(jié)相側(cè)

4 鎢合金的力學(xué)性能

4.1 鎢合金的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能

鎢合金材料在靜載下的力學(xué)響應(yīng)可以反映材料的屈服極限、強(qiáng)度、彈性模量等各項(xiàng)力學(xué)性能。表1給出幾種常見的W-Ni-Fe材料的一些經(jīng)典靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)[27]。

表1 常見W-Ni-Fe材料的靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)

金屬的靜態(tài)力學(xué)性能是材料工程應(yīng)用中材料選擇與性能設(shè)計(jì)的重要參考因素之一。不同用途的材料力學(xué)性能要求也不盡相同。國家軍用標(biāo)準(zhǔn)中對于穿甲彈用鎢合金性能參數(shù)如表2所示。

表2 GJB中穿甲彈用鎢合金性能參數(shù)

防空反導(dǎo)戰(zhàn)斗部用鎢合金主要被制成各種類型微型殺傷破片，在爆轟驅(qū)動(dòng)作用下容易發(fā)生破碎。針對鎢破片易碎的特性，工業(yè)界一般采取鎢球的壓潰性能作為指標(biāo)要求。例如馬里諾·秋林通用有限股份公司關(guān)于直徑3 mm鎢合金珠的89-03-20.14129技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即在4 900 MPa下，允許壓下量不大于0.8 mm，其中任選200顆珠子，在該壓力下破裂珠不少于21顆。張兆森等通過理論計(jì)算證明了滿足該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品可以滿足工程設(shè)計(jì)要求[28]。以色列工程人員將壓至二分之一原高度不破裂作為鎢合金破片工程驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 鎢合金的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

鎢合金在戰(zhàn)斗部的實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常面臨高應(yīng)變率加載情況，很多學(xué)者在動(dòng)態(tài)力學(xué)分析領(lǐng)域?qū)︽u合金材料進(jìn)行了大量試驗(yàn)和數(shù)值仿真研究。鎢合金動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測試技術(shù)主要包括壓力-剪切平板沖擊試驗(yàn)，Kolsky桿壓縮、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，分離式霍普金森壓縮、扭轉(zhuǎn)、拉伸試驗(yàn)等。通過試驗(yàn)可以測得不同溫度不同應(yīng)變率下鎢合金的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，分析相應(yīng)的力學(xué)行為，擬合本構(gòu)關(guān)系，對特定環(huán)境下鎢合金的力學(xué)行為做出預(yù)測。

93W在不同加載條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2[29]。隨應(yīng)變增加，鎢合金先迅速發(fā)生屈服，應(yīng)力增加到最大值，表現(xiàn)出應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)。隨后應(yīng)變增加到0.14后，應(yīng)力逐漸下降，宏觀表現(xiàn)為熱軟化效應(yīng)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是塑性功轉(zhuǎn)化為熱量累積，熱軟化效應(yīng)占主導(dǎo)地位。高溫條件下，鎢合金呈現(xiàn)比室溫更低的流變應(yīng)力。隨著應(yīng)變率的增加，鎢合金并沒有呈現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率硬化現(xiàn)象。

圖2 不同加載條件下93W-4.9Ni-2.1Fe的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線

高應(yīng)變率加載下，鎢合金材料的流變行為同時(shí)受到應(yīng)變硬化、應(yīng)變率硬化、熱軟化3種效應(yīng)共同作用，相互競爭。陳青山等[30]采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)和分離式Hopkinson壓桿系統(tǒng)地測試了93W的壓縮性能，得到鎢合金塑性流動(dòng)應(yīng)力對應(yīng)變率與溫度非常敏感，熱軟化與應(yīng)變率硬化效果明顯的結(jié)論。當(dāng)熱軟化效應(yīng)占主導(dǎo)地位時(shí)，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的流變軟化，鎢合金出現(xiàn)絕熱剪切現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生自銳化，提高其侵徹能力。

綜合而言，鎢合金的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)受應(yīng)變率溫度影響，分別有以下特征：

1)應(yīng)變率對性能的影響：表現(xiàn)為鎢合金屈服強(qiáng)度與熱軟化的高應(yīng)變率敏感度。鎢合金高應(yīng)變率下表現(xiàn)出更高的流動(dòng)應(yīng)力、強(qiáng)度，而塑性形變能力更差；

2)溫度對性能的影響：溫度較高時(shí)，材料應(yīng)變率敏感性較強(qiáng)。具體表現(xiàn)為溫度超過一定值后，鎢合金強(qiáng)度大大下降。另外在一定溫度范圍內(nèi)(450～650 ℃)，反而出現(xiàn)強(qiáng)度隨溫度升高而增加的現(xiàn)象，即動(dòng)態(tài)應(yīng)變失效現(xiàn)象。

目前各種沖擊加載設(shè)備均已應(yīng)用到了鎢合金的動(dòng)態(tài)力學(xué)研究中，但針對實(shí)際服役條件的試驗(yàn)并不豐富。拓展相應(yīng)的研究，改善力學(xué)性能試驗(yàn)加載技術(shù)，為鎢合金的戰(zhàn)斗部實(shí)戰(zhàn)服務(wù)，是鎢合金力學(xué)性能研究需要關(guān)注的重要方向。

5 鎢合金在防空反導(dǎo)戰(zhàn)斗部中的應(yīng)用

將高性能合金材料制成毀傷元用于防空反導(dǎo)，是一種提高戰(zhàn)斗部威力行之有效的途徑。鎢合金相對于傳統(tǒng)鋼材料密度更高，強(qiáng)度更大，存速能力更強(qiáng)，具有更好的侵徹威力和表面積利用率，能更好地滿足破片殺傷戰(zhàn)斗部的要求,是優(yōu)化戰(zhàn)斗部威力的一種高效而易實(shí)現(xiàn)的方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前的各國戰(zhàn)斗部中，意大利MK84式76 mm預(yù)制破片彈，美國哈姆AGM-88高速反輻射導(dǎo)彈WDU-21B戰(zhàn)斗部與法國西北風(fēng)ATAM空空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部等均裝填大量鎢球、鎢環(huán)或鎢立方體等代替鋼合金以提高其侵徹性能[31]。

針對鎢合金的殺傷戰(zhàn)斗部應(yīng)用，很多學(xué)者從鎢破片的侵徹性能和裝藥匹配性兩方面開展了大量研究。

5.1 侵徹性能

破片對各種靶板的侵徹性能是衡量破片戰(zhàn)斗部殺傷威力的基本指標(biāo)之一。目前這方面研究主要包括不同類型鎢破片侵徹靶板的極限貫深與貫速等侵徹性能、侵徹不同類型靶板侵徹模式和侵徹過程中呈現(xiàn)的現(xiàn)象及其中規(guī)律等。

鎢破片相對于鋼破片具有更好的侵徹性能。對比相同形狀的鎢破片和鋼破片，鎢破片有著更低的極限貫穿速度，且在相同的速度下，鎢破片貫穿深度更深。不同工藝不同組分鎢合金的侵徹能力也有所差異。宜晨虹等[32]定量比較了二級輕氣炮驅(qū)動(dòng)下幾種常見鎢合金的侵徹性能，其中鍛造態(tài)97W在侵徹過程中出現(xiàn)了絕熱剪切破壞現(xiàn)象，導(dǎo)致自銳性，侵徹性能有著明顯優(yōu)勢。

鎢破片形狀對侵徹性能也有一定影響，苗春壯等[33]通過破片侵徹鋼靶的數(shù)值模擬，得出在初速和質(zhì)量相同的情況下，截面為正六邊形、正方形、菱形、三角形的破片殺傷威力由強(qiáng)到弱。

鎢合金侵徹不同靶板目標(biāo)的侵徹參數(shù)也是鎢合金侵徹性能研究的重點(diǎn)。王帥等[34]研究了不同質(zhì)量小鎢球侵徹單兵防護(hù)裝備的彈道極限，許俊祥等[35]通過數(shù)值仿真研究了鎢破片對艦艇裝甲薄弱處的毀傷效能。這些研究一方面有助于了解鎢合金的彈道極限，為鎢合金侵徹過程模型建立做基礎(chǔ)，另一方面可以為防護(hù)裝備的設(shè)計(jì)提供參考。董平等[36]通過有限元分析獲得了鎢合金侵徹靶板時(shí)速度變化和材料變形、損傷、破壞演化規(guī)律，分析了密度、屈服強(qiáng)度等力學(xué)性能對侵徹過程速度和破壞過程的影響。

5.2 裝藥匹配性

除了侵徹威力外，裝藥匹配性也是鎢合金材料用作破片戰(zhàn)斗部毀傷元材料的重要考慮因素之一。在炸藥爆炸驅(qū)動(dòng)下破片將承受2～3 GPa壓力的沖擊加速，在此力作用下，預(yù)制破片將發(fā)生塑性變形，甚至可能破碎而失去有效毀傷能力。這種破碎一是與破片材料的韌性有關(guān)，二是與炸藥的猛度、爆速有關(guān)。對于前者，要獲得較高的侵徹能力就需要有較高的破片硬度，但金屬材料的硬度越高則韌性就越差。對于后者，要獲得較高的破片初速就需要裝藥有較高的爆速，但爆速越高破片就越易碎裂。這需要二者有良好的匹配性。

目前對于鎢合金裝藥匹配性的討論主要集中于鎢合金在裝藥爆轟驅(qū)動(dòng)下的速度獲取情況與斷裂、破碎等現(xiàn)象。譚多望等[37]回收了兩種主裝藥爆轟驅(qū)動(dòng)后的鎢珠，并統(tǒng)計(jì)了鎢珠的變形情況。直徑為6.5 mm和7.5 mm的鎢珠破碎率都在2%～3%，而直徑8.5 mm的鎢珠破碎率高達(dá)45%。

為解決粉末冶金制成的鎢合金材料在爆轟加載下易嚴(yán)重變形、侵蝕甚至破碎的匹配性問題，一般可以選擇采用含鋁炸藥，在提高炸藥爆速的同時(shí)，一定程度上降低炸藥爆壓，在保證侵徹威力的前提下避免裝藥爆轟產(chǎn)生過大的壓力造成鎢破片破碎。

目前對鎢合金侵徹過程的研究中對鎢合金的加載以低速、高速為主，2 000 m/s以上的超高速段報(bào)道較少，需要適應(yīng)破片殺傷戰(zhàn)斗部越來越快的破片初速。且加載方式缺乏真實(shí)的炸藥裝藥爆轟驅(qū)動(dòng)，裝藥適應(yīng)性方面討論較少。對鎢合金破碎等現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)結(jié)合鎢合金在高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)情況綜合分析。

6 結(jié)論

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭作戰(zhàn)環(huán)境多樣化，戰(zhàn)斗部技術(shù)高速發(fā)展，對鎢合金材料性能的要求越來越高。而目前鎢合金材料用作毀傷元時(shí)仍存在飛行過程中破碎損失能量等一系列問題，不能很好地滿足戰(zhàn)斗部毀傷任務(wù)的需要，成為影響戰(zhàn)斗部綜合毀傷威力的短板，仍需要后續(xù)研究解決。對防空反導(dǎo)戰(zhàn)斗部用鎢合金的研究與創(chuàng)新要立足于戰(zhàn)斗部應(yīng)用情況。針對防空反導(dǎo)導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部用鎢合金的進(jìn)一步發(fā)展，提出未來鎢合金研究工作需重點(diǎn)關(guān)注的4個(gè)方向：

1)改進(jìn)鎢合金的制備工藝，重視燒結(jié)工藝研究，結(jié)合細(xì)觀力學(xué)與燒結(jié)理論，建立燒結(jié)工藝與材料性能的對應(yīng)關(guān)系，為特定鎢合金性能制定相應(yīng)的制備方案。

2)完善鎢合金力學(xué)性能研究，重點(diǎn)結(jié)合鎢合金戰(zhàn)斗部爆轟驅(qū)動(dòng)下的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，針對實(shí)際應(yīng)用提出合理性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3)深入探索鎢破片侵徹靶板的現(xiàn)象和相應(yīng)的規(guī)律，結(jié)合材料力學(xué)性能、變形機(jī)理，使鎢合金的特性研究能服務(wù)于戰(zhàn)斗部侵徹性能的提高。

4)發(fā)展新的性能更強(qiáng)應(yīng)用更廣的鎢合金材料體系，加入含能材料形成活性破片，實(shí)現(xiàn)破片的復(fù)合毀傷效應(yīng)。