高温对钨合金性能指标影响与时效行为有哪些?

高温对钨合金性能指标影响与时效行为有哪些?

 

一、高温对钨合金性能指标的影响

 

力学性能

 

强度

纯钨在高温 (>1200℃) 下强度急剧下降,因脆性大,晶界滑移严重。

W-Ni-Fe / W-Ni-Cu 重钨合金在 600–800℃ 仍能保持一定强度,但随着温度升高,Ni 基体发生软化,承载能力降低。

W-Re、W-Mo 合金能保持较好的高温强度和蠕变抗性。

 

硬度
随着温度升高,硬度普遍下降。高温下 Ni/Cu 基体相对变软,钨颗粒仍然坚硬 → 合金的整体硬度受基体主导。

 

韧性
钨的室温韧性差,但高温 (>500℃) 下塑性显著提高;某些添加 Ta、Re 的合金韧性保持性更好。

 

物理性能

热膨胀系数:高温下逐渐升高,容易引发热疲劳。

导热率:随温度升高而下降,特别是 Ni/Cu 基体,降低合金的热导性能。

抗蠕变性能:在 800–1200℃ 时,Ni/Cu 基体发生严重蠕变,而 W-Re/W-Mo 合金抗蠕变性更好。

 

抗氧化性

钨在空气中 500℃ 左右就会开始剧烈氧化,生成 WO₃ 挥发物 → 高温服役必须真空或保护气氛。

添加 Re、Ta、Mo 等元素可一定程度改善氧化抗性,但本质上仍需涂层或保护环境。

高温对钨合金的性能影响

二、钨合金高温下的典型失效行为

 

脆性断裂(Brittle Fracture

室温脆性 + 高温热应力 → 热裂纹。

高温下晶界脆化(尤其在含氧、杂质条件下)。

 

蠕变变形(Creep Deformation

长时间高温载荷下,合金出现塑性形变,晶粒间产生滑移。

对 W-Re、W-Ni-Fe 等重钨合金尤为突出。

 

氧化失效(Oxidation Failure

高温空气中生成 WO₃ 氧化物,易挥发 → 质量损失快。

通常需要涂层或惰性气氛保护。

 

热疲劳/热裂纹(Thermal Fatigue/Cracking

热循环应力 → 微裂纹萌生、扩展。

航天发动机喷嘴、靶材中最常见。

 

再结晶导致的脆化(Recrystallization Embrittlement

钨合金在 1200–1400℃ 发生再结晶,晶粒长大,韧性急剧降低。

再结晶后的粗晶结构容易沿晶界断裂。

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