Research into the Production of Tungsten Heavy Alloys with Specific Mechanical Properties

• Autorzy: Skoczylas Paweł , Gulbinowicz Zbigniew , Goroch Olgierd , Barcz Katarzyna , Kaczorowski Mieczysław

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.6483

Warianty tytułu

PL

Badania procesu wytwarzania wolframowych stopów ciężkich o wymaganych właściwościach mechanicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The subject of the work discussed herein and carried out as a part of the Polish National Centre of Research and Development project titled ”Development and implementation of critical technology demonstrators for the new generation of 120 mm tank artillery ammunition” are the results of a research into the influence of LPS (Liquid Phase Sintering) parameters and heat treatment on the mechanical properties of W91Ni6Co3 and W91Ni6Co2.25Fe0.75 alloys, designated PR200 and PR201, respectively. The alloys, as LPS-processed and heat treated, were tested on a strength testing machine to determine their tensile strength (Rm), proof stress (Rp0.2) and elongation (A5). The analysis of the test results resulted in a proposal of manufacturing process parameters to have the alloys tested develop specified mechanical properties. It was found the ternary alloy with chemical composition W91Ni6Co3 and designated PR200 was more promising in the feasibility of producing specified mechanical properties. The alloy, once sintered and heat treated in two stages, could facilitate production of a material with a tensile strength Rm>1400 MPa, a yield strength Rp0.2 > 1350 MPa, a minimum elongation of 11%, and an impact strength > 115 J/cm2.

PL

Przedmiotem niniejszego pracy, zrealizowanej w ramach projektu NCBiR i zatytułowanego "Opracowanie i wykonanie demonstratorów technologii krytycznych elementów do nowej generacji amunicji czołgowej 120mm" są wyniki badań wpływu parametrów spiekania z udziałem fazy ciekłej - LPS (ang. Liquid Phase Sintering) oraz obróbki cieplnej na właściwości mechaniczne stopów W91Ni6Co3 oraz W91Ni6Co2,25Fe0,75 oznaczonych odpowiednio symbolami PR200 oraz PR201. Wytypowane stopy, po spiekaniu oraz obróbce cieplnej, były badane na maszynie wytrzymałościowej celem wyznaczenia wytrzymałości na rozciąganie (Rm), umownej granicy plastyczności (Rp0,2) oraz wydłużenia (A5). Na podstawie analizy wyników badań zaproponowano parametry procesu wytwarzania umożliwiające uzyskanie przez badane stopy wymaganych właściwości mechanicznych. Stwierdzono, iż z punktu widzenia tych właściwości, bardziej perspektywiczny jest trójskładnikowy stop o składzie chemicznym W91Ni6Co3 oznaczony symbolem PR200. Stop ten, po spiekaniu i dwustopniowej obrce cieplnej umożliwia uzyskanie materiału o wytrzymałości na rozciąganie Rm>1400 MPa, umownej granicy plastyczności Rp0,2 powyżej 1350 MPa, wydłużeniu minimum 11% oraz udarności KC>115 J/cm2

Słowa kluczowe

EN

tungsten heavy alloys; liquid phase sintering; high-strength tungsten heavy alloy; mechanical properties; kinetic energy penetrators; high-strength WHA

PL

wolframowe stopy ciężkie (WSC); spiekanie z udziałem fazy ciekłej; właściwości mechaniczne; kinetyczne penetratory energii; wysokowytrzymałe WSC

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 10, Nr 4 (38)
• Strony: 23--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., fot., tab., rys.

Twórcy

autor

Skoczylas Paweł

• Warsaw University of Technology, Faculty of Production Engineering, Institute of Mechanics and Printing, Warsaw, Poland

autor

Gulbinowicz Zbigniew

• Warsaw University of Technology, Faculty of Production Engineering, Institute of Mechanics and Printing, Warsaw, Poland

autor

Goroch Olgierd

• Warsaw University of Technology, Faculty of Production Engineering, Institute of Mechanics and Printing, Warsaw, Poland

autor

Barcz Katarzyna

• Warsaw University of Technology, Faculty of Production Engineering, Institute of Mechanics and Printing, Warsaw, Poland

autor

Kaczorowski Mieczysław

• Warsaw University of Technology, Faculty of Production Engineering, Institute of Mechanics and Printing, Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Kumari Anjali, M. Sankaranarayana, T.K. Nandy. 2017. ”On structure property correlation in high strength tungsten heavy alloys”. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 67 : 18-31.
• [2] Ravi U. Kiran, A. Panchal, M. Prem Kumar, M. Sankaranarayana, G.V.S. Nageswara Rao, T.K. Nandy. 2017. ”Refractory metal alloying: A new method for improving mechanical properties of tungsten heavy alloys”. Journal of Alloys and Compounds 709 : 609-619.
• [3] Chun-Liang Chen, Shih-Hsun Ma. 2017. ”Effects of Ni/Co ratio and mechanical alloying on characteristics and sintering behavior of W-Ni-Co tungsten heavy alloys”. Journal of Alloys and Compounds 711 : 488-494.
• [4] Kumari Anjali, G. Prabhu, M. Sankaranarayana, T.K. Nandy. 2017. ”Effect of solution treatment temperature and cooling rate on the mechanical properties of tungsten heavy Allom”. Materials Science & Engineering A 688 : 225–236.
• [5] Bagchi T.P., P. Ghosal, K. Muraleedharan, B. Sarma, N. Maitra. 2010. ”Development of W-Ni-Co heavy alloy system”. P/M Science & Technology Briefs, 2 (4) : 21-24.
• [6] Gong X., J.L. Fan, F. Ding, M. Song, B.Y. Huang. 2012. ”Effect of tungsten content on microstructure and quasi-static tensile fracture characteristics of rapidly hot-extruded W-Ni-Fe alloys”. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 30 (1) : 71-77.
• [7] Ravi Kiran U., A. Sambasiva Rao. 2012. ”Swaging and heat treatment studies on sintered 90W-6Ni-2Fe-2Co tungsten heavy alloy”. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 33 : 113-121.
• [8] Ravi Kiran U., S. Venkat, B. Rishikesh. 2013. ”Effect of tungsten content on microstructure and mechanical properties of swaged tungsten heavy alloys”. Materials Science & Engineering A 582 : 389-396.
• [9] Katavić Boris, Zoran Odanović. 2008. ”Investigation of the rotary swaging and heat treatment on the behavior of W- and γ- phase in PM 92,5W-%-Ni2,5Fe-0,26Co heavy alloy”. Materials Science and Engineering A 492 : 337-345.
• [10] Katavić Boris, Milutin Nikaćević, Zoran Odanović. 2008. ”Effect of cold swaging and heat treatment on properties of the P/M 91W-6Ni-3Co heavy alloy”. Science of Sintering 40 : 319-331.
• [11] Das Jiten, G. Appa Raoa, S.K. Pabi. 2011. ”Deformation behaviour of a newer tungsten heavy alloy”. Materials Science and Engineering A 528 : 6235-6247.
• [12] German M. Randall. 1985. Liquid phase sintering. New York: Plenum Press.
• [13] Ludyński Zbigniew, Waldemar Nowak. 1995. ”Spieki ciężkie - technologia i właściwości”. Metalurgia Proszków XXVIII (3/4) : 24-28.
• [14] Kaczorowski Mieczysław, Zbigniew Ludyński, Paweł Skoczylas, Waldemar Nowak, Mirosław Rafalski. 2007. ”Badania właściwości kompozytów wolframowych wykonanych z różnie przygotowanych mieszanek. Część I. Badania właściwości fizycznych mieszanek proszków”. Rudy i metale nieżelazne 52 (9) : 560-565.
• [15] Włodarczyk Edward, Adam Jackowski, Jerzy Michałowski, Jan Piętaszewski, Stanisław Malinowski. 2000. ”Zależność właściwości spieków ciężkich z osnową wolframową od parametrów prasowania i rodzaju mieszanek proszkowych”. Biuletyn WAT 49 (12) : 81-105.
• [16] Humail I.S., F. Akhtar, S.J. Askari, M. Tufail. 2007. “Tensile behavior change depending on the varying tungsten content of W-Ni-Fe alloys”. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 25 : 380 - 385.
• [17] German M. Randall. 2010. Thermodynamics of sintering. In Sintering of Advanced Materials (Ed. Zhigang Zak Fang) 3-32. Woodhead Publishing.
• [18] Kaczorowski Mieczysław, Paweł Skoczylas, Waldemar Nowak, Mirosław Rafalski. 2008. ”The study of hardening weight heavy alloys”. Archives of Foundry Engineering 8 (1) : 167-174.
• [19] US Patent 5462576: Heavy metal alloy and method for its production (1995).
• [20] Hyung B.W., H.M. Hee, K.E Pyo. 2006. “Heat treatment behavior of tungsten heavy alloy”. Solid State Phenomena, 118 : 35-40.
• [21] Katavić Boris, Milutin Nikaćević, Zoran Odanović. 2008. “Effect of cold swaging and heat treatment on properties of the P/M 91W-6Ni-3Co heavy alloy”. Science of Sintering 40 : 319-331.
• [22] Kaczorowski Mieczysław, Waldemar Nowak, Paweł Skoczylas, Mirosław Rafalski. 2016. Badania nad wytwarzaniem rdzeni podkalibrowych pocisków przeciwpancernych kaliber 120mm. W Materiały XV Konferencji Naukowo – Technicznej Problemy Rozwoju, Produkcji i Eksploatacji Techniki Uzbrojenia 219-232. Rynia, maj 2006.
• [23] US Patent 529426. Repeated sintering of tungsten based heavy alloys for improved impact toughness (1994).
• [24] Moon Hee Hong, Scong Lee, Joo-Woong Noh. 1994. The effect of thermo-mechanical treatment on the microstructure and failure behavior of sintered W heavy alloy. In Advances in powder metallurgy and particulate materials 5 : 279÷288.
• [25] Kaczorowski Mieczysław, Paweł Skoczylas, Mirosław Rafalski i in. 2007. Badania amunicji o niekonwencjonalnych zastosowaniach-Badania wpływu obróbki cieplno-mechanicznej na strukturę i własności mechaniczne kompozytów wolframowych. Politechnika Warszawska.
• [26] Don-Kuk Kim, Sunghak Lee, Joon-Woong Noh. 1998. “Dynamic and quasi-static torsional behavior of tungsten heavy alloy specimens fabricated through sintering, heat-treatment, swaging and aging”. Materials Science and Engineering A247 : 285–294.
• [27] http://imik.wip.pw.edu.pl/zmitu/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=47&Itemid=36/ (2018).
• [28] http://www.moly-china.com/products/Tungsten-Heavy-Alloy.html/(2018).
• [29] http://en.chinatungstenball.com/product.asp?ClassID=9/ (2018).
• [30] https://www.wolfmet.com/wp-content/uploads/2017/01/WolfmetAerospace-brochure-NEW-version8_HR.pdf/ (2018).
• [31] https://www.plansee.com/en/materials/tungsten-heavy-metal.html/ (2018).
• [32] https://www.kennametal.com/en/home.html/ (2018).
• [33] http://www.atm-tungsten.com/english/product.php?tid=320/ (2018).
• [34] Skoczylas Paweł. 2013. Wpływ dodatku kobaltu na strukturę i właściwości mechaniczne wolframowych stopów ciężkich, Rozprawa doktorska. Warszawa: Politechnika Warszawska.
• [35] Yadav S., K.T. Ramesh. 1997. The dynamic behavior of a tungstenhafnium composite for kinetic energy penetrator applications. In Proceedings of the 4th International Conference on Tungsten Refractory Metals and Alloys 111-117.
• [36] Magness L.S., D. Kapoor. 1994. “Flow-softening tungsten composites for kinetic energy penetrator applications”. Tungsten and Refractory Metals 11-20.