钨合金属高比重合金序列，高比重合金有个最突出的特点就是比重高也就是大家常说的密度大。钨合金的密度可达到18g/cm3，是钢比重(7.8g/cm3)的2.3倍，所以弹心的断面密度大，有利于提高飞行时的存速能力和对钢板的侵彻能力。

钨芯机枪弹是20世纪70年代以后发展起来的一种性能优良的机枪弹。这种机枪弹的弹头采用了脱壳原理和高密度钨合金的新结构、新材料，具有初速高、弹道低伸、飞行时间短、命中精度高、侵彻力大等特点，能有效地对付快速运动目标；其弹心断面密度大，与硬质钢心或碳化钨弹心在侵彻过程中整个破碎相反，钨合金弹心可展性较好，以飞溅式穿甲，具有极好的二次侵彻特性，对大着角、夹心和多层结构复合装甲的穿甲效果更为明显。国内外已在大口径枪弹和小口径炮弹上广泛采用，作为对付装甲输送车、武装直升机等轻型装甲目标的弹药。

我国84式12.7mm钨芯机枪弹，配用于77式12.7mm高射机枪，通用于54式12.7mm高射机枪，弹头质量28g，弹心质量22g，是弹头质量的78.6%，弹心直径7.9mm，次口径比(即d1/d2，dl为弹心直径，d2为弹头直径)为0.62，初速1150m/s，在1 000m处以45°着角可以击穿15mm厚的均质合金钢板，同样以45°着角，可击穿20mm厚的均质合金钢板的最大距离为150m。而国产54式12.7mm穿甲燃烧弹距钢板9.5m处射击就产生跳弹，其只能以30°着角在830m处穿透15mm厚的钢板，125m处穿透20mm厚的钢板。可见，12.7mm钨芯机枪弹在大着角时对钢板的穿甲能力。


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为了避免军用材料对环境产生污染，钨合金军用产品正逐渐取代铅和贫化铀，用于子弹和穿甲弹。在军事领域里，钨合金军用产品正逐渐普及。钨合金军用产品可制作成穿甲性能优良的，无毒的穿甲弹。钨合金是穿甲弹的理想材料。

由于钨合金的高硬度和耐高温，早在20世纪40年代，钨合金军用产品就开始广泛使用。如今，钨合金军用产品更是广泛用于军事领域，主要用于子弹，穿甲弹，弹头，手雷，火炮，坦克炮等。钨合金军用产品的主要用途之一是作为动能穿甲弹弹头，取代贫铀。军方科研人员的研究表面，贫铀之所以拥有超高的穿甲能力，是由于贫铀弹在穿甲的过程中，会产生绝热剪切效应，导致材料锐化，弹头在穿甲的过程中不会被打成蘑菇形状，从而提升了穿甲性。因此，军方的科研人员认为，如果提升钨合金材料的绝热剪切效应，钨合金完全可以取代贫铀（贫铀会产生导致严重的环境污染）。


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由中国地调局党组成员、中国地质科学院党委书记、副院长王小烈带队的“稀土、锑、铟资源储备规划及管理研究”课题组一行9人近日赴江西赣州开展稀土资源开发利用、产业发展及储备工作调研。

调研组先后赴龙南县足洞、上庄、关西矿区，江西省钨与稀土研究院、赣州稀土集团等进行实地调研，并组织召开了由赣州市政府、赣州市矿管局、5个稀土主产矿区县政府、赣南地调大队、赣州稀土集团等20余人参加的研讨会。

研讨会上，调研组认真听取了赣州市有关部门关于赣州稀土资源开发利用和矿产地储备试点工作情况的汇报，与会领导、专家从赣州稀土资源调查评价、开发利用现状、环境治理、资源储备、产品加工、价格市场等方面各抒己见，并提出意见与建议。

通过实地调查与座谈研讨，调研组较全面掌握了江西赣州稀土资源的现状、潜力及开发利用情况和稀土原矿、初级加工产品的销售状况，明确了赣州市稀土上下游产业状况和资源开发中的环境问题、处理措施及其效果，摸清了赣州稀土储备情况和稀土生产、冶炼、加工企业缴纳的相关税费等现状以及当地政府与企业对稀土资源储备的主要认识，为课题组下一步深化研究和制定国家稀土矿产地储备规划及有关政策提供了重要基础素材。


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钨市场行情：钨市场持续供过于求，市场需求疲软，对价格施加下行压力，然现在矿山惜售、低价不出货，导致目前市场成交僵持，价格暂时平稳运行，废钨钢行情继续平稳运行，市场成交较前期有所转弱，商家调价动力不足。钨精矿市场观望情绪持续浓郁，因为钨矿贸易商手中资金多被套住，低价出售又亏本，动弹不得，观望居多。料短期内钨市或稳中稍偏弱。

钼市场行情：行业淡季已至，外部钼品价格震荡下跌，商家竞价出货使得行情持续走低。受到需求冷清及出货阻力大的影响，国内钼精矿、钼铁等初级市场产品价格也有一定的回落。料短期钼市或小幅下行调整为主。

据报道，全世界刀具市场需求不断增长。其中欧洲、北美国家增长稳定，特别是东欧国家;亚洲市场略有回升，市场潜力很大，拉美国家市场明显增长，尤其是墨西哥。目前世界切削刀具销售额超过100亿美元，工业发达的欧洲、北美、日澳三大市场占有75%~80%。

在亚洲，中国也是一个重要市场。据预测，我国刀具需求在70~80亿元人民币之间，其中高精、高效、高可靠性的现代刀具，如硬质合金和陶瓷等超硬刀具材料可转位刀具的消费额约为12亿元人民币，其中80%~85%依赖进口，模具制造使用的刀具进口占90%以上。在过去一年中，刀具市场之所以需求增长缓慢，主要是因为刀具寿命增加，再有就是用户针对整个制造过程提出要求，取代了许多的机床和刀具。以及多功能刀具的应用增多，替代了很多以往单功能的简单刀具。今后用户将更加强调生产厂对刀具的研究和发展，不仅是在材料和表面涂层技术领域，而且也在刀具产品及其生产工艺过程方面注重生产实践，帮助刀具制造厂增加在它们所熟悉领域中的市场竞争力。


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钨市场行情：近期钨行情持续平稳运行，资金流动紧张，贸易商多被套住、操作困难。目前市场观望情绪持续浓郁，成交清淡。由于近期钨精矿行情较为平稳，粉末商家调价意愿不强，报价差距也明显收窄，目前多数持平稳观望态度。仲钨酸铵市场整体平稳，价格相对坚挺，成交一般。APT生产厂家多按订单生产，以销量定产量，生产线部分开工，严格控制库存，料短期维稳为主。

钼市场行情：场内商家预期不佳，买卖双方操作的积极性都不高。现货成交受阻，钼品商家维持观望。报价相对稳定，但实际成交价格稳中有降。后市钢招将入场，厂家持货待市，看跌气氛浓。料短期钼市或仍小幅调整。

本周仲钨酸铵市场整体平稳，价格相对坚挺，成交一般。仲钨酸铵生产厂家多按订单生产，以销量定产量，生产线部分开工，严格控制库存，承兑报价坚挺在17万元/吨附近，但因资金流动紧张、厂家为了回笼资金，现款成交价格持续在偏低价位，目前16.4万元/吨即可现款成交、与上个月变化不大。

短期内仲钨酸铵市场或稳中盘整运行，上行乏力，大幅下跌又受阻。一方面，市场持续供应过剩，市场需求疲软，对价格施压下行，仲钨酸铵价格上涨乏力。另一方面，矿山开采加严，原料钨精矿价格相对坚挺，仲钨酸铵生产成本较高位，受成本高位支撑，价格大幅下跌受阻；加之市场资金流动紧张，承兑价格拉高，现款与承兑价差较大，市场报价区间高位下调受阻。


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1.4数值模拟计算研究

长期以来，对动能弹体冲击装甲靶板的过程分析主要依靠大量的试验结果，随着对穿甲现象研究的日益深入，其它一些方法也用于弹靶作用的分析，如经验法、理论分析法和数值模拟法等。其中，数值模拟法能较全面的反应穿甲过程中间参数和物理量的变化，利用计算机绘图技术设计的数值模拟方法还可以直观地图示整个穿甲过程中各种参量（形状、应力、应变等）的变化；此外，利用计算机程序可以选择不同的物理参数和几何参数进行计算，得到各种不同参数对弹、靶相互作用的影响程度，从而能给出更全面的试验分析结果。

黄伟等对钨合金内部应力场的数值模拟结果表明，钨合金并非只在粘结相中发生应力集中，而是首先出现在高强度的钨颗粒中[18]。房文斌等用数值分析方法研究高密度钨合金热静液挤压过程，表明在高温下进行的热静液挤压，可大幅度降低挤压力和获得更大的挤压比[19]。荣吉利等研究了钨合金易碎动能穿甲弹的侵彻和破碎性能，在建立钨合金易碎动能穿甲弹有限元分析模型的基础上，模拟了具有不同拉-压强度比的钨合金穿甲弹在穿透靶板时的侵彻和破碎过程[20]。

程兴旺等通过钨合金壳体垂直侵彻混凝土靶板的实验，获得钨合金壳体危险截面处的应变-时间历程曲线，为壳体设计提供侵彻模型和数值估算的验证标准[21]。任春雨等综述了复合材料层合冲击模型的研究进展，为复合材料防护结构的设计合优化提出了新的思路[22]。

1.5 制备技术研究

细化钨颗粒成为高密度钨合金研究的一个新的热点，采用机械合金化法（MA）、冷凝干燥法、化学气相沉淀法、喷雾干燥法、溶胶-凝胶法等方法制备的预合金粉，并采用适当的工艺可制得非常细的粉末。另外，采用喷雾反应工艺可一步合成细晶粒、多成分、预合计化的钨基合金粉，这种粉可在远低于粘结相熔点的温度下烧结达到全密度[23]。范景莲等用MA工艺制备了纳米晶钨合金复合粉末在常压氢气气氛中的烧结致密化和在烧结过程中的钨颗粒长大行为，表明MA纳米晶粉末可促进致密化，使致密化温度降低约100～200℃，在一般固相烧结温度时可以得到晶粒尺寸为3～5µm的细晶高强度合金[24]。他们还对纳米钨合金注射成形进行了研究，表明在1350～1450℃时固相烧结即达到了全致密，最终合金的晶粒约为3µm，抗拉强度大于1200MPa[25]。

罗述东等研究了钨合金粉末在不同温度下的温压成形行为，表明温压能明显提高压坯密度，温压坯件的径向收缩小于常温坯件的径向收缩，而且温压可以改善钨合金的显微组织[26]。李信等将冷等静压成形的试样埋在Al2O3粉中，置于空气烧结炉中加热并保温30min预氧化后，再经不同温度烧结；结果表明，钨合金采用预氧化活化烧结，可以降低烧结温度，减少合金变形，并得到致密的钨合金，同时可提高钨合金的抗拉强度和延伸率[27]。
 

参 考

［18］黄伟，刘筱玲，赵宝荣，等。钨合金内部应力场的数值模拟[J]。兵器材料科学与工程，2005，28（2）：51－54。

［19］房文斌，王尔德，胡连喜，等。高密度钨合金热静液挤压流动粘度德数值计算[J]。稀有金属材料与工程，2005，34（1）：33－36。

［20］荣吉利，于心建，刘宾，等。钨合金易碎动能穿甲弹穿甲有限元模拟与分析[J]。北京理工大学学报，2004，24？（3）：193－196。

［21］程兴旺，王富耻，王鲁，等。钨合金壳体侵彻混凝土靶板过程壳体应变的实验测试[J]。兵工学报，2004，25（1）：102－105。
 
［22］任春雨，朱锡，梅志远。复合材料层合板冲击模型研究现状[J]。兵器材料科学与工程，2005，28（4）：59－67。

［23］叶途明，易健宏，李丽娅，等。高密度钨合金研究的新进展[J]。粉末冶金材料科学与工程。2003，8（2）：134－140。

［24］ 范景莲，黄伯云，曲选辉，等。纳米晶钨合金粉末常压烧结的致密化和晶粒长大[J]。粉末冶金材料科学与工程，2001，6（2）：83－88。

［25］黄伯云，范景莲，曲选辉，等。纳米钨合金材料的研究与应用[J]。中国钨业。2001，2001，16（5－6）：38－43。

［26］罗述东，唐新文，曹正华，钨基高密度合金粉末的温压成形行为[J]。粉末冶金材料科学与工程。2003，8（1）：23－27。

［27］李信，武胜。预氧化烧结高密度钨合金[J]。稀有金属材料与工程，2002，31（4）：319。


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1.2 变形强化研究

目前，用粉末冶金方法制备的高密度钨合金（烧结态）的抗拉强度一般达900～1000Mpa，伸长率在20％～30％之间；而经过塑性形变强化以后，其强度可较大幅度地提高，塑性则有所下降。经过塑性变形加工后，钨合金强度可超过1400MPa,伸长率也可保持在10％左右[9]。

轧制、旋转锻造、扭转变形、静液挤压等形变强化是提高钨合金材料强度并保证一定韧性的有效方法，而且还可有效细化晶粒[10]。锻造变形是提高钨合金强度的常用工艺，常规的变形量为15％左右。钨合金材料的强度随变形量增大而提高，变形量愈大钨颗粒变形程度愈大，且变形程度增大将导致断裂向钨颗粒转移[11]。轧制还可获得较大的变形量并能保证变形的均匀性，且能使大的晶粒破碎成小晶粒，并能得到均匀分布的微观组织；轧制可提高钨棒的密度和减少空隙度，提高生产效率和降低制造成本。但由于轧制一次变形量小且开坯温度和终轧温度都较高，材料表面氧化及污染相对严重，能耗也较高，因此在实际生产中受到一定的极限。

旋转锻造也提高钨合金的强度和穿甲效果，在经过多道次旋锻后，钨合金的强度和硬度等力学性能较旋锻前会有较大幅度的提高，但伸长率会将低。大变形使得球状钨颗粒被拉长变成纤维状组织，能较大幅度的提高材料的力学性能。静夜挤压技术是一种难变形材料塑性加工工艺，主要分冷静液挤压和热静液挤压，它是钨合金目前最为有效的形变强化方法之一，它具有一次变形即可获得较大变形量和可大幅度提高材料强度的特点。在静液挤压3向压应力作用下，不仅能有效防止材料在变形时钨颗粒的拉断和开裂，有利于材料内部原有微观孔隙的愈合，同时能够细化显微组织，有利于近净成形、提高利用率、降低成本和提高产生效率[12]。钨合金采用静液挤压形变强化并进行退火处理后，在材料中形成位错密度很高的胞状结构，其形变后的钨颗粒呈方向性排列，且材料的破断方式以钨颗粒解理断裂为主。静液挤压工艺形变强化的各向受力均匀，变形过程中材料不易出现变形缺陷，不需加热，一次变形量大，93W的一次最大形变量可达50％左右[13]。
 

1.3 绝热剪切研究

绝热剪切是材料或构件内剪应变高度集中的狭窄区域，是高应变率加载条件下材料变形、断裂的特殊机制。绝热剪切变形局部化广泛存在于各种金属、岩土和高分子材料等在遭受爆炸、侵彻、高速碰撞、高速切削和高速磨损等高应变率载荷下的高速变形过程中，提高钨合金材料的绝热剪切性能以增强钨合金杆弹的侵彻性能是目前的研究热点之一。我国五二研究所、中科院力学所、中国科技大学和报价理工大学等单位对此进行了一些研究。

半个世纪以来，对绝热剪切变形的研究，主要集中在3个方面：第一，从材料的本构关系出发，建立绝热剪切变形局部化的失稳模型，探寻材料绝热剪切失稳判据及绝热剪切带的扩展规律；第二，从微观组织、结构出发探寻不同成分、组织的材料内的绝热剪切带的微观组织结构特征以及其形核、长大的微观影响因素；第三，采用计算机数值模拟技术对绝热剪切带的演化规律及其内应立场、应变场和温度场进行研究[14]。

魏志刚等用分离式Hopkinson压杆装置对预扭转后的斜圆柱试件进行冲击试验，不仅观察道绝热剪切带，同时观察到如果最大剪切应力方向和钨颗粒的取向一致，则失效的是钨颗粒脆性断裂、粘结相破坏、钨-钨界面分离和钨-粘结相界面分离等几种破坏机制共同作用的结果[15]。许沭华等对预扭转和未扭转钨合金杆弹弹道实验后的残余弹体和碎片进行了细观组织分析，发现钨合金预扭转后钨晶粒变形方向与最大剪应力方向接近，因此在弹靶冲击过程中有利于绝热剪切变形和剪切破坏的发生。从残余弹头上观察到的绝热剪切带说明，预扭转弹在侵彻过程中要比未扭转弹更易于自锐，这是预扭转杆弹侵彻能力得到提高的根本原因[16]。谭成文等为了定量评价不同材料对绝热剪切变形的敏感程度，采用绝热剪切扩展能－绝热剪切敏感因子表征这一差异，并建立了相应的实验测试系统，定量地解决了绝热剪切敏感性地评价和测试问题[17]。(未完待续)

参 考

［9］张宝生，康志君。高密度钨合金的穿甲特性及其应用[J]。中国钨业，1999。14（5－6）：178－185。

［10］王尔德，于洋，胡连喜，等。W-Ni-Fe系高密度钨合金形变强化工艺研究进展[J]。粉末冶金技术，2004，22（5）：303－307。

［11］史洪刚，齐志望，许杰，等。锻造变形量对钨合金材料性能德影响[J]。兵器材料科学与工程，1998，21（4）：3－6。

［12］王换玉，才鸿年，钱学梅。液力挤压强化技术研究[J]。先进材料与制造技术。1998，（5）：1－5，25。

［13］刘志强，杨国毅，赵红梅，等。高密度钨合金静液挤压组织缺陷分析[J]。兵器材料科学与工程，2004，27（4）：40－43。

［14］谭成文，王富耻，李树奎。绝热剪切变形局部化研究进展与发展趋势[J]。兵器材料科学与工程，2003，26（5）：62－67。

［15］魏志刚，胡时胜，李泳池。粉末烧结钨合金材料的绝热剪切变形局域化实验研究[J]。金属学报，1999，35（8）：829－833。

［16］许沭华，张刚明，王肖军，等。预扭转钨合金杆弹侵彻能力的细观研究[J]。爆炸与冲击，2000，20（2）：143。

［17］谭成文，王富耻，刘远宏，等。材料绝热剪切敏感性表征及测试方法研究[J]。北京理工大学学报，2004，24（5）：377－379。


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摘要：综合介绍了我国近年来对穿甲弹用高度密钨合金实施添加微量元素合金化强化和旋转锻造、扭转变形、静液挤压等形变情话的研究进展，以及对于绝热剪切机理和数值模拟计算的研究现状，并介绍了机械合金化置备纳米钨合金复合粉末、温压成形及预氧化活化烧结等特种制备技术方面的最新试验研究进展。通过全面分析目前我国穿甲弹用高密度钨合金试验研究中存在的一些主要问题，提出我国穿甲弹用高密度钨合金今后研制的主攻方向，以及促进高性能穿甲弹用钨合金研制应采取的策略与措施。

高密度钨合金是一类以钨为基（钨的质量分数通常为80％~97%）,并添加有Ni、F、Mn、Co、Cu、Mo、Cr等于元素的合金，其密度高达16.5～19.0g/㎝³。高密度钨合金不仅密度大，而且还具有一系列优异的性能，例如强度高、硬度高、延性好、机械加工性能好、热膨胀系数小、导热系数大、抗氧化和抗腐蚀性能好、可焊性好等。这些优异的性能使其在尖端科技领域、军事和民用工业中得到了广泛的应用，例如用作杆式动能穿甲弹的弹芯材料、平衡配重元件、惯性元件、射线屏蔽材料等[1]。随着主战坦克、舰船装甲及各种军事工事的日益加强化，对穿甲弹性能提出了越来越高的要求。高密度钨合金杆式动能穿甲弹，不仅具有良好的穿甲威力，而且与贫铀合金穿甲弹相比具有无毒性、无放射性污染等优点，是当今世界各国装备的主要穿甲弹用材料，也是穿甲弹今后发展的主要方向。为此，本文拟通过综述我国穿甲弹用高密度钨合金研制的最新进展情况，分析目前存在的主要问题及其造成的原因，进而探讨解决这些问题的具体措施和策略。

1   近年来的主要研究进展

随着科学技术日新月异的发展和装甲防护技术水平的不断提高，对弹用高密度钨合金的要求越来越高，尤其是要求在保证高密度的前提下兼有高的强度和良好的韧性。因此，如何提高和改善高密度钨合金形变强化后的强度和塑性是当前的重要研究课题之一。近年来，为了进一步提高钨合金的强韧性，国内在合金化、变形强化、绝热剪切、数值模拟及制备工艺技术上进行了大量研究，取得了明显的进步和众多的科研成果。

1.1 微合金化研究

钨金的强化机制主要有固溶强化、弥散强化、沉淀强化和界面强化等。固溶强化的元素主要有Re, Me, Nb, Ta,Ir等。钨合金中的Mo, Ta, Re, Nb, Hf, V和Cr等元素具有与W相同的体心立方晶格；它们可以固溶于W，也可以在一定程度上固溶于粘结相中，从而达到对钨基重合金的固溶强化，其中Hf的强化作用最大，其次为Ta,Nb和Re[2]。

弥散强化包括直接强化和间接强化，直接强化主要来源于位错与弥散颗粒的相互作用，而间接强化主要是由于高密度位错网组成的亚晶粒相互作用提高合金的强度。界面强化主要是优化晶界（提高晶界强度或减少杂质在晶界的偏聚），而且若在界面上形成固溶体，可增强界面结合力和提高材料强度。另外，由于具有良好的界面，粘结相可通过界面将应力传递给钨颗粒，可有效的减轻粘结相的承载力，使粘结相和基体协调变形，减少沿晶裂纹的发生，从而提要材料的强度[3]。沉淀强化方法有抑制沉淀相析出强化，第二相析出强化和钨弥散强化3种。抑制沉淀相析出是改善和提高钨合金性能的有效方法，一般采用固溶+淬火的热处理工艺来避免沉淀相析出，同时抑制杂质元素在界面上偏聚，以获得较洁净的钨／基体界面[4]。在W-Ni-Fe高密度合金中添加少量Co可增强基体相对钨颗粒的润湿性，使钨颗粒表面更加圆滑，更加有利于塑性变形，更能提高合金的钨颗粒与基体相之间的界面结合强度，从而提高合金的强度和延伸率。同时，加入的Co,在液相烧结的初期，优先与铁和镍形成熔点低、流动性好的共晶，很好的促进组分原子在液相中扩散，从而加速液相烧结的进程、细化合金的显微组织[5]。刘志国等成功地制备了新型W-Ni-Fe-TiB2合金，并发现TiB2均匀分布于粘结相中，添加2％的TiB2的合金较未添加TiB2的合金相对密度和硬度都较高，可对材料的粘结相起强化作用[6]。冯庆芬等则对La、Ce对93WniFe合金的动态拉伸性能进行了研究 ,发现这2种元素可提高钨合金的动态性能，并有固溶强化和界面净化作用[7]。

钨合金的杂质元素包括H,O,C,N,P,S和Si等。由于这些元素的原子半径较小，在钨合金中有很强的扩散能力，因而比较容易在晶界、相界等能量较高的位置发生偏聚，甚至生成脆性相，从而降低钨合金的性能。在这些杂质元素中危害较大的是H，它主要分布在粘结相和钨/粘结相界面上导致氢脆，消除氢脆的主要方法是在保护气氢（N2,Ar）下退火，其中尤以真空热处理效果最好。P是对钨合金危害较大的另一种元素，因为P很容易偏析到钨/粘结相界面上使合金脆化，当P含量超过其在W相或粘结相的极限溶解度时将发生P的偏析和产生NiP2沉淀。与P伴生的另一种杂质是S，它也能偏析在W/粘结相的界面上，在93W-4.9Ni-2.1Fe合金中，当S含量达到0.01％时合金的冲击韧性明显下降。另外，S还可以同K和O形成化合物，聚集在气孔的内表面上。Si和Na是原料钨粉中的另外2种常见杂质元素，它们通常以SiO2和NaSiO3形式存在。Si和Na的掺杂使合金的密度、抗拉强度、延伸率、颈缩率等均明显下降，其在钨合金中可允许的极限含量为：Si,210×10-6；Na,150×10-6；大于此极限含量就会对合金性能产生很大的影响[8]。(未完待续)

参  考

［1］庞前列。高密度W-Ni-Fe合金的研究及发展[J].中国钨业，2000，15(4)：34－36。

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