各种钨纸的低温强度和延展性

抽象的

在本研究中，我们使用了三种钨片。首先，我们用光学显微镜观察了晶粒尺寸分布等微观结构。其次，我们在290 ~ 500k的温度下进行了三点弯曲试验。然后，我们用扫描电子显微镜对失效试样的断口表面进行了检测。最后，通过分析这些结果，评价了钨的表观沿晶和穿晶断裂强度，并讨论了钨的强度和延性。此外，我们还比较了钨和钼的力学性能。

1.介绍

纯钼再结晶后常温下一般具有一定的延展性。相比之下，纯钨再结晶后在室温附近不会发生塑性变形，因为其韧脆转变温度远高于400 K [1］．钨的脆性主要是由于其硬度高，屈服强度高，塑性变形困难。然而，关于钨和钼在强度和延展性方面的差异，至今还没有进行详细的讨论。

本研究使用的材料为纯钨、掺k钨、掺la钨。所有这些材料都要在不同条件下进行再结晶处理。首先，我们用光学显微镜(OM)观察了再结晶后试样的平均晶粒尺寸和尺寸分布等微观组织。其次，我们在约290k ~ 500k温度下进行三点弯曲试验，得到了屈服和最大强度。从屈服和最大强度的温度依赖性出发，我们评估了两个参数(临界应力和临界温度)[2，3.］．最后，利用扫描电子显微镜(SEM)对试样进行了断裂表面观察。通过分析这些实验数据，我们估计了表观沿晶和/或穿晶断裂强度。此外，还对钨和钼的力学性能进行了比较和讨论。

2.实验程序

本研究使用了三种钨纸。一个是纯钨表（在文中指定为“W”）。其他人是K掺杂的钨片（K：约50质量ppm，被指定为文本中的“KDW”）和La-掺杂的钨纸（La₂O_3.：大约1质量％，被指定为文本中的“LDW”）。这些片材的厚度约为1mm。这些材料由粉末冶金，烧结，热轧和粘附缓解。这些材料的典型晶粒结构是纤维结构。在下列测量之前，在各种条件下对材料进行重结晶处理。将纯钨片在1773K中加热3.6 ks，或在少于10的真空下以3.6 ks加热3.6 ks⁻⁵ torr. Two doped tungsten sheets were heated at 2073 K for 3.6 ks in vacuum. In the test, heat treatments at 1773 for 3.6 ks and at 2073 K for 3.6 ks were designated as “r1” and “r2,” respectively. For example, K-doped tungsten after recrystallization at 2073 K for 3.6 ks is designated as “KDW(r2).”

我们用OM检测了材料的微观结构。晶粒形状近似等轴。由此我们测量了平行于最终轧制方向的晶粒尺寸，并确定了平均晶粒尺寸及其分布。

通过三点弯曲试验评价了材料的力学性能。我们在应变速率为 s⁻¹在约290k和500k之间的温度下。我们得到的产量强度（)及最大强度()，使用下列方法: 和是屈服点和最大负载点处的负载。2(= 16mm)为支撑跨度。和是标本宽度和厚度。在本研究中，典型的样品宽度和厚度分别为4mm和1mm。在这里，我们自动转换弯曲强度（)至抗拉强度()，使用下列公式。这个方程是通过实验得到的[4]：

从产量和最大强度的温度依赖，我们估计了两个参数（临界压力，和临界温度,) [2，3.］．这些参数衍生，如图所示1．临界应力是应力是必要的，这是沿着晶界或基质中的替代地产生和传播微裂纹。这种应力对应于多晶材料的表观晶间断裂强度。另一方面，临界温度是延性到脆性转变温度（DBTT）的表达，并且该温度的往复式对应于低温延展性。较高的价值（)意味着该材料即使在较低的温度下也更具“延展性”。

我们确定了骨折模式如下。我们观察到样本的断裂表面，其使用SEM在约290 k处以脆性方式失效。在这项研究中，我们通过参数PIF值代表裂缝模式。PIF值是一个p此外,我ntergranularf裂纹值，定义为沿晶断裂面积与总断裂面积的比值。例如，pif值高意味着材料的晶界通常很弱。钼的平均晶粒尺寸为20 ~ 25μ.M，临界应力(）和断裂模式（PIF值）展示以下关系[2，3.]： 在这里,常数对应于表观穿晶断裂强度，因为在PIF值= 0中表示仅在矩阵中传播微裂纹所必需的应力。

3.结果

3．1．粒度及其分布

物料的粒度分布如图所示2(一个)（w（r1）），2 (b)(W (r2)),2 (c)(KDW (r2)),2 (d)(LDW (r2))。平均晶粒尺寸也显示在图中。W(r1)和KDW(r2)的粒径分布相似。这些材料的平均晶粒尺寸基本相同，且分布较窄。W(r2)和LDW(r2)的粒度分布一般与W(r1)和KDW(r2)不同。前者比后者具有更大的晶粒尺寸和更宽的粒度分布。这些结果表明，纯钨在较高温度加热后会发生晶粒粗化。其次，k掺杂和la掺杂在一定程度上抑制了晶粒粗化。

3.2。优势和延展性

温度对强度的依赖关系如图所示3.(屈服强度)和图4(最大强度)。

纯钨的屈服强度很大程度上取决于加热条件。在2073 K下加热的W(r2)的屈服强度一般比在1773 K下加热的W(r1)低得多。KDW(r2)的屈服强度与W(r1)近似相同。LDW(r2)的屈服强度略低于W(r1)和/或KDW(r2)，但高于W(r2)。

纯钨的最大强度也明显取决于加热条件。W(r2)的最大强度一般远低于W(r1)。KDW(r2)和LDW(r2)的最大强度介于W(r1)和W(r2)之间，但KDW(r2)的强度高于LDW(r2)。

表中总结了临界应力和临界温度1．我们以图中所示的方式获得了这些参数1．第一，临界应力近似对应于最大强度。W(r1)的临界应力远高于W(r2)。KDW(r2)和LDW(r2)的临界应力在W(r1)和W(r2)之间，但KDW(r2)的应力高于LDW(r2)。另一方面，临界温度不一定遵循临界应力或最大强度。与临界应力相比，材料之间的临界温度差异很小。这个结果很好地解释了，因为临界温度不仅由最大强度(临界应力)决定，而且由屈服强度决定。相反，临界应力几乎只由最大强度决定[2，3.］．

3．3.断裂模式

各种钨的典型断裂模式如图所示5（a）（w（r1）），5（b）(W (r2)),5 (c)(KDW (r2)),5 (d)(LDW (r2))。W(r1)和KDW(r2)的断裂方式主要是沿晶断裂。W(r2)和LDW(r2)的断裂方式是沿晶断裂和穿晶断裂的混合。通过高倍扫描电镜观察，W(r1)和W(r2)的晶间断口表面相对干净，除了一些非常小的孔隙。KDW(r2)沿晶断口的总体形貌与W(r1)和W(r2)相似。另一方面，在LDW(r2)沿晶断口上也发现了一些粗大的夹杂物。考虑到加热温度为2073 K，推测这些夹杂物为La₂O_3.粒子。

使用骨折表面照片，我们确定PIF值。平均值也总结在表中1．重结晶后，W(r1)和KDW(r2)的pif值高达约90%，与纯钼相似[5］．W(r2)和LDW(r2)的pif -值为中等(约60%)。

4。讨论

4．1.屈服强度和临界应力与晶粒尺寸的关系

众所周知，材料的强度受晶粒尺寸等微观结构的显著影响。例如，屈服强度与晶粒尺寸之间存在Hall-Petch关系[6］．因此，我们讨论了本届会议屈服强度和临界压力的粒度依赖性。

在图6，将500k左右的屈服强度与晶粒尺寸平方根(d）.本研究以平均晶粒尺寸作为晶粒尺寸。图中的虚线表示Yih和Wang报道的500k屈服强度与晶粒尺寸倒数的线性关系[7］．各种钨的数据与线性关系良好，但LDW(r2)数据略高。后一种结果可能是由于图中所示的夹杂物的分散5 (d)．

在图7，临界应力与晶粒尺寸平方根的倒数相对应。在本研究中，临界应力对应于材料在较低温度下的断裂强度。目前还没有关于晶粒尺寸对钨的临界应力和断裂强度的贡献的数据。因此，我们将所得结果应用于晶粒尺寸为20-25的钼μ.M(绿色实线)[8］．很明显，钨的数据与钼的关系定得质疑。

4.2。临界应力与裂缝模式的关系

在图8， pif值对应于临界应力。晶粒尺寸为20 ~ 25的钼的数据μ.m [5]也绘制在图中，以供参考。此外，斜率为0.2的绿线表示钼的临界应力与断裂模式之间的线性关系[5，8］．

值得注意的是，钼的W(r1)和KDW(r2)数据与绿线近似一致。人们注意到，所有这些材料的颗粒尺寸几乎都达到了20-25μ.结果表明，pif值与临界应力之间的关系不仅适用于钼，也适用于钨。KDW(r2)的晶间断裂强度略低于W(r1)，二者的晶间断裂强度相等。

W(r2)和LDW(r2)的数据偏离左手线性关系。这一结果可能是由于晶粒尺寸对沿晶和穿晶断裂强度(常数，在(3.）），虽然尚未报告晶粒尺寸对钨的静脉曲张骨折强度的贡献。晶粒粗化同时诱导降晶骨折强度的降低以及晶间断裂强度的降低。结果，PIF值几乎不变。

4．3．临界应力和临界温度倒数图

如已经提到的，临界应激对应于表观晶间骨折强度。另一方面，临界温度是延性到脆性转变温度（DBTT）的表达，临界温度的往复量是延展性的量度[2］．

在图9，临界温度(延性)与临界应力的倒数。钼的数据[5]也绘在图中作比较。首先，很明显，钨的延展性普遍比钼低得多。这一结果主要是由钼和钨的屈服强度差异来解释的。在一定温度下，在相同的晶粒尺寸下，钨的屈服强度远远高于钼。图中的直线表示屈服强度与温度的关系。在晶粒尺寸相同的情况下，钨的晶间断裂强度与钼的晶间断裂强度基本相等。

5.结果摘要

（1)钨的屈服强度主要取决于晶粒尺寸等显微组织。钨在一定温度下的屈服强度远远高于钼。(2）钨的临界应力不仅与晶粒尺寸有关，而且与沿晶断裂强度有关。在晶粒尺寸相同的情况下，钨的临界应力与钼的临界应力基本相等。（3）钨的低温塑性由屈服强度和最大强度(临界应力)决定。因此，钨的延展性一般比钼低得多。

承认

作者非常欣赏Tomohiro Takida博士和A.L.M.T.用于提供纯钨和掺杂钨材料的公司。

参考文献

1. 8:钨、耐火金属的行为和性质T. E. Tietz和J. W. Wilson, Eds。，pp。274–330, University of Tokyo Press, Tokyo, Japan, 1965.
2. Y. Hiraoka, S. Yoshimura，和K. Takebe，“Re或Ti与C的复合添加对再结晶钼强度和延性的影响”，国际耐火金属和硬质材料杂志第12卷，没有。5, 261-268页，1993。查看在：谷歌学术搜索
3. S. Yoshimura, Y. hiroka, K. Takebe，“Ti in solution对粉末冶金钼合金韧脆转变特性的影响”，日本金属研究所杂志，第58卷，第2期。7, 734-739页，1994(日文)。查看在：谷歌学术搜索
4. T. Hoshika, S. Yoshimura, and Y. Hiraoka，“通过拉伸试验和弯曲试验评价钼的低温断裂特性”，in第14届晶体普雷斯佩瑟综合症，第1018-1025页，Tirol，奥地利，1997。查看在：谷歌学术搜索
5. T.Kadokura，Y.Hiraoka，Y. Yamamoto和K. Okamot，“通过碳添加钼的机械性能和骨折模式的变化”，“材料交易，卷。51，没有。7，pp。1296-1301,2010。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
6. N. J. Petch，“多晶的解理强度”钢铁协会杂志，卷。173，pp。25-27,1953。查看在：谷歌学术搜索
7. 尹士华、王振堂，钨的来源，冶金，性能和应用1977年，美国纽约，全会。
8. Y.Hiraoka，“碳含量在钼低温断裂行为的显着影响”材料交易第31卷，不。10，第861-864页，1990。查看在：谷歌学术搜索

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