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钨铜合金的硬度是多少?有那些用途?

来源:   发布时间:2020-05-08   点击量:162

       以钨和铜两种元素组成的材料。钨与铜不形成固溶体,也不形成金属间化合物,而是以各自金属组元独立、均匀的存在。因此,开始称之谓“假合金”,后来也归入“复合材料”中。具有钨骨架(骨架密度一般为70%~86%理论密度)的钨铜材料,在高温作用下,由于铜熔化、蒸发吸收了材料表面的热量,对钨基体有冷却效果,就像人体发汗降低体温一样,是一种金属发汗材料。钨具有高熔点、高强度和高硬度,铜具有良好导电性、导热性和韧性,钨铜材料综合了钨和铜的性能,具有很高的使用价值。

钨铜合金简史

       20世纪30年代,德国首先用粉末冶金法制成钨铜假合金,用作高压电器开关触头,代替纯铜触头性能有很大改善。中国于50年代制造和应用钨铜(铜钨)触头。60年代中至80年代末,中国研究了钨铜材料的抗固体燃气烧蚀性和热震性,研制出用于固体燃料火箭的喷管、燃气舵和其他部件。

        

钨铜合金型号、性能及密度

       钨铜材料具有较高的高温强度、硬度,良好的导电性、导热性和其他物理性能,可作为电工材料、瞬时高温材料、破甲材料以及一些特殊用途的材料。各种钨铜材料的性能和用途见表

       

钨铜合金的主要用途有那些

1、钨铜合金-电接触材料

      这是最重要的一类电工材料,它们具有高的抗电弧烧蚀性能和抗熔焊性能,用于各种高、低压开关电器和某些仪表中作为电触头、电触点和电极。电触头是钨铜材料应用量最大的一类,特别是含铜量在20%~40%的钨铜材料应用量最大,主要用作护断路器触头和其他触头、触点。含15%~20%Cu的钨铜触头可用在电压高达50万V或更高的断路器上。

2、钨铜合金-电加工材料

      指用在电阻焊、电铆接、电镦锻、电火花加工技术中的电极和模具材料。电火花加工要求电极或模具材料具有较好的导电性和抗电弧烧蚀性,以保证加工精度,所以多采用钨铜材料。电阻焊也多采用钨铜材料。电铆接和电镦锻在某些场合下也采用钨铜材料。

3、钨铜合金-瞬时高温材料

      一种既重要又特殊的钨铜材料,可在接近钨熔点和稍超过钨熔点的温度下使用,工作时间很短,几秒至200秒便完成使命,所以叫瞬时高温材料。这类材料主要用来制造航天器的高温部件,如火箭喷管、制导导弹飞行方向的燃气舵、导弹端头(头锥、鼻锥)和其他构件。抗烧蚀性和抗热震性是瞬时高温材料的最主要使用性能,因为固体燃料的燃气温度一般高达2700~3300℃,燃气流中含有大量的固体粒子,对喷管、燃气舵等部件有严重的冲刷和烧蚀作用;而且这些部件是在急剧温升的条件下(几秒钟升至工作温度)工作的,因此对部件产生激烈的热震破坏作用。对端头而言,当飞行器飞入太空再进入大气层时,由于速度快而受到粒子云的激烈摩擦产生高温和侵蚀。钨铜材料是能够满足上述要求的较好材料。

     随着碳-碳(C-C)纤维复合材料的研制成功和发展,因它具有质轻和抗热震性好的优点,火箭喷管喉衬越来越多地用它来制造。但其抗烧蚀性远不如钨铜材料,对那些要求抗烧蚀性高的喷管喉衬、燃气舵和其他部件仍需用钨基材料制造。

4、钨铜合金-破甲材料

      钨铜材料可用作破甲材料,即一种所谓“药型罩”材料。用钨铜材料(常用W-30Cu材料)制成杯形或漏斗形的罩,倒装于弹药筒的前端,靠火药的温度和压力使罩变形成射流而穿甲。这种药型罩最早用紫铜制造,并大量应用。为了增大罩的单位质量从而提高破甲能力,后来研制单位质量比紫铜大的钨铜材料药型罩,在理想的情况下,它比紫铜罩的破甲能力提高30%左右。如何制得材质均匀、能形成连续射流的钨铜药型罩是关键,目前大多数处在研制阶段。

      

钨铜合金的制取工艺

      钨熔点(3400℃)与铜熔点(1083℃)相差很大,并且钨与铜不发生合金化,无法用熔炼法制造钨铜材料。这种材料用粉末冶金法制造,主要有混粉烧结法和熔渗法两种工艺。混粉烧结法是将钨粉和铜粉按所需比例混合、压制、烧结、复压制得产品,一般用于制造含钨量较低(一般低于60%)的产品。熔渗法,也叫熔浸法,是将钨粉压坯(或加有少量铜粉的钨粉压坯)预烧结成多孔钨体(骨架),然后放在铜液中浸渗;或压坯不经预烧结而是烧结和熔渗合为一道工序在高于铜的熔点温度下进行熔渗。借助毛细力作用,熔融铜便渗透到钨体的孔隙中而制得产品。
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