0:10.13374/j.1ssn1001053x.1997.06.006 第19卷第6期 北京科技大学学报 Vol.19 No.6 1997年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1997 钨合金变形微观力学行为的计算机数值模拟* 黄继华陈浩曹智威周国安 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要提出了钨合金的组织结构模型.在此基础上通过有限元法对钨合金拉伸变形时组织结构 中的应力分布及其变化规律进行了计算机数值模拟研究.结果表明：钨合金拉伸变形时拉伸方向 最大正应力和最大Mss应力区域在钨颗粒相中，同时鹤颗粒还将受到垂直于拉伸方向的压应 力：最大剪切应力分布在粘结相中，随拉伸变形增加，粘结相最先进人塑性状态；由于粘结相的塑 性变形，钨合金中应力不断重组，应力逐渐在钨颗粒中集中， 关键词钨合金，力学行为，计算机数值模拟，粘结相 中图分类号TB301 高相对密度钨合金通常是指由80%~97%（质量数分）钨和一定比例的Ni-F,i-Cu等 合金为粘结相所组成的两相复合材料.由于该合金具有高密度、高强度和较好的塑性等优点， 因而被用作动能穿甲弹的弹芯材料.随着现代坦克防御能力的不断加强，对反坦克动能穿甲 弹弹芯材料的性能也提出了越来越高的要求，因此，在保证高萨度的前提下进一步提高钨合 金的强韧性一直是兵器和材料科学领域的重要课题. 目前有关钨合金的强韧化研究仍停留在添加合金元素和各种工艺试验方法上，研究比较 盲目四.事实上，在排除工艺因素和硬质相（钨）确定的条件下，钨合金的性能取决于粘结相， 而粘结相对钨合金性能的影响又可分为力学和热力学两方面.力学方面，粘结相的力学性质 直接影响合金变形过程中的应力一应变分布和断裂行为.热力学方面，粘结相的热力学性质 将影响钨一粘结相的界面结构和烧结过程中钨颗粒的长大行为，从而最终也影响合金变形时 的应力一应变分布和断裂行为.依据这种分析，提出了通过分析合金结构因素（粘结相力学参 数、钨含量等)与合金变形过程中的微观力学行为（应力一应变行为）及宏观力学性能的关系 来研究粘结相与硬质相（钨）之间的最佳力学匹配条件，用来对钨合金进行优化设计的设想. 本文拟通过有限元法对钨合金拉伸变形过程中的微观力学行为进行计算机数值模拟研究. 1钨合金组织结构模型及计算模型 典型的钨合金组织结构是钨颗粒均匀地镶嵌在塑性良好的面心立方W-Ni-F固溶体基 体中，并且由于烧结过程中界面能对于溶解和析出的调节作用，通常钨合金组织结构中钨颗 粒近似呈球形且大小基本均匀，这些钨颗粒按密排六方结构分布在粘结相中2，刃.因此，在确 1997-10-18收稿第一作者男36岁副散授博士 ◆国家自然科学基金资助项目第￾卷 第￾期 ￾￾￾￾年 ￾￾月 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾ 】￾￾ 。 ￾￾￾￾ 丫 钨合金变形微观力学行为的计算机数值模拟 ￾ 黄继 华 陈 浩 曹智威 北京科技大学材料科学与工程学院 ， 北京 周 国安 ￾￾￾￾ 摘要 提 出 了钨合金 的组织结构模型 ￾ 在此基础上通过有 限元法对钨合金拉伸变形时组织结构 中的应力分布及其变化规律进行了计算机数值模拟研究 ￾ 结果表 明 ￾ 钨合金拉伸变形 时拉伸方 向 最大正应力和 最大 肠￾￾ 应力 区城在钨顺粒相 中 ， 同时钨顺粒还将受到垂直于拉伸方 向的压应 力￾最大剪切应力分布在粘结相 中 ， 随拉伸变形增加 ， 枯结相最先进人塑性状态￾ 由于粘结相 的塑 性变形 ， 钨合金 中应力不 断重组 ， 应力逐渐在钨顺粒 中集中 ￾ 关健词 钨合金 ， 力学行为 ， 计算机数值模拟 ， 粘结相 中圈分类号 ￾￾￾￾ 高相 对密度 钨合金 通 常是 指 由 ￾ ￾一 ￾ ￾￾质量 数分 ￾钨和 一 定 比例 的 瓦 一 ￾ ， 瓦 一 ￾ 等 合金为粘结相 所组成 的两相 复合材料 ￾ 由于 该合金具有 高密度 、 高强 度 和较好 的塑性等优点 ， 因而被 用 作 动能穿 甲弹 的弹芯 材料 ￾ 随着 现 代坦 克 防御 能力 的不 断加强 ， 对反 坦克 动能穿 甲 弹弹芯材料 的性 能也提 出 了越来越 高 的要 求 ， 因此 ， 在保证 高密 度 的前提下 进 一 步提 高钨合 金 的强 韧性 一直是兵 器 和材料科学领域的重要 课题 ￾ 目前有 关钨合金 的强韧化研究仍停 留在添加合金元 素和各种工 艺试验方法 上 ， 研究 比较 盲 目川 ￾ 事 实上 ， 在 排 除工 艺 因素和 硬质相 ￾钨￾确定 的条件下 ， 钨合金 的性 能取 决于 粘结相 ， 而 粘结相 对钨合金 性 能 的影 响又 可 分为力学 和 热力学 两方 面 ￾ 力学 方面 ， 粘 结 相 的力 学性 质 直接影 响合金 变形 过 程 中的应力一应变分 布 和 断裂 行 为 ￾ 热力 学 方 面 ， 粘结相 的热万学性 质 将影 响钨一粘 结相 的界 面结构 和烧结过程 中钨颗粒 的长大行 为 ， 从而 最终也影 响合金 变形 时 的应力一应变分布和 断裂行 为 ￾ 依据这种分 析 ， 提 出了通过分析合金结构因素 ￾粘结相 力学参 数 、 钨含量 等 ￾与合金 变形 过程 中的微观力学行 为 ￾应力一应变行 为￾及 宏观力学性能 的 关系 来研究粘 结相 与硬 质 相 ￾钨￾之 间 的最佳力学 匹 配条件 ， 用来对钨合金进行优化设计的设想 ￾ 本文拟 通 过有 限元法 对钨合金拉伸 变形 过程 中的微观力学行为进行计算机数值模拟研究 ￾ ￾ 钨合金组织结构模型及计算模型 典型 的钨合 金 组织 结构是 钨颗粒均 匀地 镶嵌 在 塑性 良好 的面 心 立 方 ￾ 一 预 一 ￾ 固溶体基 体 中 ， 并 且 由于 烧 结过 程 中界 面能 对于 溶解 和 析 出的调 节作用 ， 通 常钨合金 组织 结构 中钨颗 粒近 似 呈 球形且 大小 基 本均匀 ￾ 这 些 钨颗粒按 密排 六 方 结构分布 在粘 结相 中￾， ’〕 ￾ 因此 ， 在 确 ￾￾￾￾ 一 ￾ 一 ￾ 收稿 第一作者 男 ￾岁 副教授 博士 ￾ 国家 自然科学基金 资助项 目 ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－０５３ｘ．１９９７．０６．００６