钨基高密度合金的研究进展

钨基高密度合金的研究进展

也被称为高比例合金或高比例合金。它是一种由债券状结构组成的材料。它是由债券状结构组成的建筑材料。它是由债券状结构的铜、铜或铜、铁等形成的。高密度钨基合金由于其密度高、强度高、延性好、韧性好、热膨胀系数小等一系列优异特性而被广泛应用于信息、能源、冶金、航空航天、国防军工和核工业等领域。进入21世纪后,随着科学技术的发展,高密度钨基合金材料不仅在国防军工、航空航天等领域发挥更重要的作用,同时,在电子信息、环境、能源和动力机械中的用量也将大幅度提升。随着信息、能源、环境、国防军工等行业的快速发展,对材料的性能提出了更高更多的要求。因此,如何在现有基础上提高材料的综合性能已成为材料工作者关注的首要问题。材料工作者采用各种方法(如形变强化、优化工艺条件、添加合金元素、细化钨晶粒等)来提高材料的综合性能。但到目前为止,高密度钨基合金的制备大多采用粒度为微米级(2~6μm)钨粉和几个微米至几十个微米的合金元素粉末(如Ni、Fe粉)混合、成形后烧结而成,合金晶粒组织粗大,即使采用添加微量合金元素(如Mo、Re等)也不能有效地细化晶粒组织,因而合金性能不能显著提高。采用原始粒度很细的超细粉末或纳米级粉末可以在很大程度上控制合金的显微结构。美国Rutgers大学成功地制取了纳米WC-Co复合粉末,其粒径小于50nm。用这种粉末制取的硬质合金其晶粒可以细化至0.15μm,比传统硬质合金的WC晶粒细化十倍以上,综合力学性能得到显著提高。采用纳米W-Ni-Fe复合粉末可以大大细化晶粒和提高合金的力学性能,细晶钨基高密度合金的抗拉强度可达1700MPa,相当于传统钨基合金的两倍。因此超细粉末特别是纳米级粉末是21世纪最为热门的新型材料之一,受到了许多材料科学家和工程技术人员的高度重视。1关于银基金材料的研究1.1球形锑系统材料的成分对材料的性能具有决定性的作用,钨基高密度合金的典型组织为球形钨颗粒(W相)分布在粘结相(γ相)中,两相之间通过在烧结过程中原子的相互扩散而结合在一起,相的性能及不同相之间的结合情况决定了合金整个系统的性能。(1)不锈钢的拉伸和拉伸合金中钨的含量会显著影响合金的各种性能,随着钨含量的增加,合金的密度和抗拉强度会有所增加,但合金的伸长率会明显下降。钨的质量分数一般在80%以上。在实际应用当中,若要合金具有好的综合性能,W含量一般控制在90%~97%之间。(2)ni/fe比对w-ni-fe合金的影响在W-Ni-Fe合金中,Ni/Fe比对合金性能影响很大,当Ni/Fe比例不合适时,易生成金属间化合物脆性相。采用合理的成分比例和工艺路线可以防止脆性相的产生,如样品在降温阶段在一定温度快速冷却就可以避免产生Ni4W脆相。同时,根据Ni-Fe二元相图(图1),Ni含量为69%时,液相线和固相线最接近,且产生液相的温度最低(为1436℃),因此在1436℃点冷凝可以避免基体相中“晶内偏析”的现象出现,故一般W-Ni-Fe合金均采用Ni/Fe=7/3,典型的合金有90W-7Ni-3Fe、93W-4.9Ni-2.1Fe、95W-3.5Ni-1.5Fe、97W-2.1Ni-0.9Fe等。决定最佳Ni/Fe比的因素有:(1)组织中是否出现金属间化合物脆性相;(2)W与粘结相界面结合强度的大小。通常认为,当Ni/Fe比大于7/3时,在粘结相中溶解大量的W,易形成Ni4W脆相;而Ni/Fe比小于3/7时,由于Ni太少而不能很好地致密化,且Ni/Fe小于1/1时,合金中易出现脆性的μ相。所以Ni/Fe比一般要控制在2~4之间,这样合金的强度和延性都较好,并且随着Ni/Fe比的增大,Ni在粘结相中的固溶度和钨晶粒度稍高一些,合金的塑性提高,强度降低了。(3)增强w-ni-fe-co合金的力学性能W-Ni-Fe合金中通常添加的元素有Co、Mo、Ta、Mn、Cr及稀土元素等。1)Co:Co是一种非常有用的添加元素,许多牌号的W-Ni-Fe合金中均含有Co,Co能改善W-Ni-Fe合金的润湿性。周国安等人运用润湿仪测定了加入Co后粘结相对钨颗粒的润湿角,其不同成分的粘结相对钨颗粒的润湿角如表1所示。从表中可以看出:在合金中加入微量Co元素后,粘结相对钨颗粒的润湿角显著降低。另外,从Ni-Fe-Co三元相图中可以看出,三元共晶的温度点为1375℃,降低了液相形成的温度。再由合金组元的电子组态,Ni、Fe、Co的4s层自由电子都已填满,但在3d层上未被填满,具有获得外来自由电子而被填充的倾向,而钨在5d层上的自由电子离原子核远,自由电子具有逸出倾向。因此产生了自由电子的交互作用,Co的加入增强了这种交互作用,改善了钨与基体相之间的界面结合力。白淑珍等人研究发现,Co在W-Ni-Fe高密度合金中可与基体相相互作用,起到协同强化烧结的效果,在较低的温度下烧结,可大大提高合金的强度和延性。2)难熔金属元素:难熔金属Mo、Ta、Re、Nb等与W互溶,在合金中起固溶强化作用,可强化W基体,限制W在粘结相中的溶解,细化W晶粒。罗述东通过添加Ta等元素,来强化W颗粒,使合金性能有所改善。Mo部分取代W可以使合金的强度提高到1000MPa以上,硬度也有所提高,但因固溶强化的结果,使得合金的延性有所下降。3)Mn:在W-Ni-Fe合金中,加入适量的Mn可提高合金的塑性和韧性,因Mn与O、S等杂质元素在合金相界上生成稳定的中间相而具有净化晶界的作用,提高了W-粘结相界面结合强度,提高了合金塑性和韧性。4)Si、Na:周国安等人添加Si、Na元素来研究Si、Na对W-Ni-Fe合金界面结构的影响作用,以改善力学性能,合金拉伸时W颗粒周围应力分布呈三维冠状,并通过数学模型给出了定量计算。葛荣德等人在W-Ni-Fe合金中加入少量的Si,在液相烧结过程中发生氧化-还原反应,使合金中W晶粒与粘结相界面处的WO3薄膜消失,对合金的抗拉强度、伸长率、冲击韧性都有明显的改善。5)Al、Ti:Al、Ti能在粘结相中沉淀析出,形成硬的γ′相,有弥散强化作用,从而提高合金的性能;还可明显降低钨合金中氧的含量,减少氧在晶界上的偏析,因而改善了合金的性能。6)Cr:Cr可改善合金的塑性和抗氧化能力,加入到合金中的Cr首先存在于(Ni,Fe)粘结相内,提高扩散温度,Cr也在W中固溶并形成针状组织。随着Cr含量的增加,合金的抗氧化性能将会提高,原因是表面形成了氧化膜,加入Re、Si等元素也可提高合金的耐蚀性和抗氧化性。7)在W-Ni-Fe合金中,加入1%Sn可将烧结温度降低200℃左右,抗拉强度和热膨胀系数都得到大大提高,获得了较好的综合性能以满足所需的环境。B4C和B可提高W-Ni-Fe合金的抗震性和断裂韧性,合金的高温显微硬度也明显提高。HfC、ZrC等碳化物可通过弥散强化和固溶强化提高合金的力学性能。在W-Ni-Fe-Co合金中,加入少量的TiB2,TiB2与Co作用,生成CoW2B2相,促进了合金早期的致密化,混合粉末经高压成形后在1350℃烧结,合金的相对密度可达96%以上。8)微量稀土元素:稀土元素与S、O、H、P等非金属元素具有很强的亲和力。稀土元素La、Y、Ce的加入,可起到明显细化W晶粒的作用;并将改变杂质元素的分布或降低杂质元素的含量,减少杂质元素在界面上因偏析而带来的危害作用,改善合金材料的界面结合状态,提高合金的强度和韧性。如添加0.05%的La和Ce可提高弹用钨合金的动态性能,能使93W-Ni-Fe合金在高应变率(>102)时的强度和塑性均高于不添加的,经过锻造后,合金的动态性能比不加的要高出60%-150%,这种性能非常符合弹体设计的前硬后韧的要求。9)微量稀土元素氧化物:Y2O3、CeO2、ZrO2、La2O3、ThO2、V2O3等能在合金中弥散分布,实现弥散强化,提高合金的强度和硬度,但会降低合金的延性。Y2O3则能够很好地细化W晶粒,并随着其添加量的增加,晶粒尺寸减小,细化效果更为明显。添加后合金的力学性能略有下降,强度和伸长率分别从940MPa,30%下降到883MPa,18.4%,但其在高温(800℃)下的力学性能和高应变率下的力学性能都有很大的提高,特别是更加容易形成绝热剪切带,使合金产生“自锐化”效应,提高穿甲能力。(4)沉淀相+相强化一般认为钨合金中钨颗粒与基体界面对析出相比较敏感,认为有沉淀相析出会导致合金性能下降,但近几年来,部分研究者开始采用不同方法来利用沉淀相析出达到强化效果,并取得了较好的进展。CheynetMC等人研究了通过添加Al、Ti在基体中时效产生γ′相来强化合金。刘志国等人通过添加TiB2成功地制出了新型W-Ni-Fe-TiB2合金,在扫描电镜下发现含TiB2的合金相对密度和硬度都更高,于是推断TiB2对材料的粘结相可能起到了强化作用。(5)c、n、o、p、si高密度钨合金中的杂质元素包括氢、氧、碳、硫、磷等,由于这些元素的原子半径小,在合金中具有很强的扩散能力,因而比较容易在晶界、相界等能量高的位置发生偏聚,甚至形成脆性相,削弱合金中界面结合强度,降低合金的力学性能。在这些杂质元素中危害较大而且目前研究较多的是H2,试样在H2气氛或含H2气氛中烧结时,有一部分H2残留在烧结体中,造成氢脆。现在消除氢脆的主要方法是,材料在氢气中烧结后再进行真空热处理或直接真空烧结。P是对钨合金危害较大的另一种元素。钨合金中的P很容易偏析到W/粘结相界面上使合金脆化。研究表明,当试样从烧结温度缓慢冷却时,合金中发生严重的P偏析现象。P在烧结态钨合金中均匀分布在相界面上,且当断裂沿界面发生后,P主要分布在粘结相一侧,并认为合金中P含量超过其在W相(0.0055%)和Ni-Fe相(0.01%)中的极限溶解度时将发生P的偏析和磷化物的沉淀。C是一种使合金的塑性和强度均下降的元素。当C的含量超过0.001%时就可使合金的塑性下降。研究表明,当平均C含量超过一定限度时,90W-Ni-Fe合金在缓冷的条件下将在钨颗粒周围形成(Ni,Fe)6W6C型金属间化合物,这种析出相与合金中的碳含量和冷却速度有关。O和C一样,是一种含量超过一定限度时就可使合金的塑性和强度下降的元素。氧能够降低钨颗粒与液相粘结相的润湿性,且与其他元素结合使合金变脆。高兆祖等对95W-3.5Ni-1.5Fe合金在1510℃氢气烧结后并进行真空热处理,发现氧含量较低(0.016%)的合金力学性能较好,抗拉强度为974MPa,伸长率为18.3%,而氧含量高(0.066%)的合金抗拉强度仅为640MPa,并发生脆性断裂,且残氧主要集中在相界面及夹杂、孔洞处。此外,N在钨合金中也有害。当采用N2作为保护气氛进行烧结时,由于N2在粘结相中的低溶解和低扩散导致N2残留在合金中,合金中始终有残余孔隙而引起合金性能降低。杂质使得晶粒间粘结力减弱,导致晶间断裂,使材料脆化。根据电子结构和能量方面的基本原理并结合半经验的分析:N、O、P、S和Si使晶粒间粘结力弱化导致晶界“松散”。为了消除、N、O、P、S、Si等杂质的有害影响,可以通过加入诸如Ti、Y、Mo、Zr、Hf、La、Mn等元素,使之与有害杂质形成更稳定的化合物相,改善其分布状态,减少它们在固溶体中的浓度,从而抑制其在W/粘结相界面上的偏析,提高材料强度和塑性。对于P、S等还可以通过热处理水淬等工艺来消除其有害作用。杂质元素对合金性能的影响不仅与其含量有关,更重要的还和杂质元素在合金中的分布状态有关。当杂质含量一定时,其在合金中的分布状态主要取决于合金的烧结工艺。因此在一定范围内通过优化合金制备工艺和后序热处理工艺,对抑制杂质元素的有害作用具有重要意义。1.2专门研究和开发聚金材料(1)w-ni-cu改性粉末的烧结工艺采用化学复合、二次热解还原粉末、二次湿法包覆粉末和共还原法可制得粒度细、成分均匀、分散性好的W-Ni-Cu高活性复合粉末,其烧结温度可降低到1320℃,而一般传统的90W-Ni-Cu合金的烧结温度为1420-1450℃,利用改性粉末及一系列新技术可较好地完成高均匀度、大膨胀系数高密度合金的研制,这一成果已在有关军事工程中得到应用。该成果1996年获得了国家科技进步奖。(2)进行实验生产通常W合金采用的成形方法是模压和等静压成形,一般成形压力在100-200MPa,压坯的相对密度在50%-70%,且由于钨合金一般采用液相烧结,所以除了高W含量的合金外,压坯密度对烧结后产品的性能影响不大。但是为了制备复杂形状产品,并减少切削加工量以降低成本和节约资源,粉末的近净成形在W合金的制备中得到了广泛应用,如采用挤压成形的方法生产W合金球以及线材、棒材等,采用注射成形方法生产W-Ni-Fe高密度圆坏等异形产品,并对它们的制备工艺(主要是粘结剂、脱脂和烧结)和机理进行深入的研究。粉末挤压成形一般都不是对金属粉末直接进行挤压,而是把金属粉末与增塑剂混合后放在挤压模中进行挤压。增塑剂的作用一方面使粉末颗粒粘结在一起;另一方面是降低金属粉末压块的屈服点以增加塑性和减小压坯与模壁和挤压嘴之间的摩擦系数,因此希望增塑剂在粉末中分布得越均匀越好。注射成形是形状复杂的粉末冶金部件的精密成形技术,一直是近10年来粉末冶金成形技术研究的热点。注射成形技术于1930年问世,80年代初,随着塑料注射成形技术的快速发展,以及金属粉末零部件、形状复杂的陶瓷发动机零部件等高难度成形部件的制备技术的发展,使注射成形技术在粉末冶金工业中得到了广泛的研究和发展。注射成形是一种近净尺寸成形技术,可成形形状复杂、尺寸精确、表面光洁度很高的产品,且自动化程度高,适应大规模生产,是一种生产复杂零部件的方法。由于粉末近净成形特有的优势,因此具有广阔的应用前景。(3)烧结温度对烧结效果的影响烧结是制备合金材料的最后一道工序,也是决定合金材料性能优劣的关键工序。由于钨合金的烧结是典型的液相烧结,因此自从钨合金问世以来,人们就对它的烧结温度、保温时间、升温降温速度、烧结气氛、重力的影响等进行了大量的研究。钨基合金一般采用的烧结温度在1460-1550℃之间,能量消耗大,产品易于变形,不利于提高合金的力学性能。1试验烧结与氢脆在实际生产和科研中氢气是最典型的气氛,所以钨基合金一般在氢气中进行烧结,在真空中烧结时,其密度比在氢气中的要高,采用氮气或氩气保护烧结时,合金的孔隙度较大,密度较低。German等人的研究表明:93W合金在H2气氛中于1460℃烧结30min后,再在Ar气气氛中烧结10min有助于气孔脱气并消除氢脆,从而获得优越的性能。H.Hofman等人也发现,在烧结后期降低烧结气氛中氢的分压可以获得低氢含量的合金。FarrooqS等人还研究了氢气露点对合金性能的影响,发现氢气露点越高,合金内气孔减少,合金的烧结密度和伸长率越高,从而认为用湿氢比用干氢更有利于获得优良的合金性能。BoseA等人认为真空烧结的合金性能明显优于氢气中烧结的合金,但真空下长时间烧结会引起粘结相的蒸发,从而使合金的成分改变并致使合金性能下降。高兆祖等人也研究了氧含量对W-Ni-Fe合金组织和性能的影响,得到了相似的结论。2试验过程中铁的烧结温度烧结温度和保温时间对合金的均匀性有很大的影响。当烧结温度偏低或保温时间过短时,粘结相不能有效地将钨颗粒包裹起来,粘结相分布不均匀。German指出:烧结温度过低,合金难以烧结,烧结温度过高,不仅会使合金出现过烧而且使钨晶粒过分长大,致使合金的力学性能降低;合适的烧结温度会适当增加钨在粘结相中的扩散和固溶,一方面可以适量增加液相的量,提高合金的密度,另一方面使钨晶粒球化,提高合金的力学性能。一般认为高密度钨合金的最佳烧结温度为1450-1500℃。钨含量高的合金烧结温度也应略微高些。从致密度来讲,在液相烧结开始15-30min时间内合金已大部分致密化,实际烧结时间一般在90-120min,时间太长可能引起晶粒迅速长大,降低合金的性能。3冷却速度对铝合金力学性能的影响近年来的研究表明冷却速度对合金性能的影响主要与合金中杂质元素的偏析、金属间化合物的沉淀和氢脆等因素有关。慢冷有利于避免氢脆,而快冷则有利于控制杂质元素的偏析和金属间化合物的沉淀。对于某种成分的合金来讲,基体冷却时所形成的组织基本上就决定了合金的性能。Thae-KhappKang等的研究表明,冷却速度对90W-7Ni-3Fe合金力学性能的影响很大,其中除了有孔洞形成而带来的影响外,保护气氛也起一定的作用。孔洞通常在凝因时产生,基体孔洞的形成有两种可能:游离气体析出或基体相的体积收缩在固态W晶粒旁形成孔洞。4高能球磨烧结范景莲等人对高密度钨基合金的烧结及二步烧结工艺进行了研究,将高能球磨形成的W(Ni,Fe)预合金粉末压坯在1400℃烧结,相对密度可以达到98.2%-99%,在1440℃烧结可近全致密,因此可以有效地控制注射成形制品在烧结中的变形,试样抗拉强度和伸长率都较传统合金有所提高。采用二步烧结工艺可提高尺寸精度和合金性能,采用超高压成形可以大大增加颗粒的形变,提高体系的应变能,降低烧结温度。将W、Ni、Fe各种元素粉末按一定的配比并采用高能球磨,可以实现各元素粉末的预合金化,使晶粒大大细化,并产生大量的晶格畸变和形成超饱和固溶体,促进烧结致密化,在较低的烧结温度下可以达到近全致密并可望得到高性能的合金。SongSoonH.等人对于高能球磨后的93W-5.6Ni-1.4Fe复合粉末在1300℃烧结1h后,再在1445-1485℃烧结一定时间,可以得到晶粒细小(W晶粒6μm)、性能优异的钨合金材料。RyuHoJ.等对高能球磨后的93W-5.6Ni-1.4Fe复合粉末在1300℃烧结1h,相对密度达到99%,抗拉强度达到1100MPa,W晶粒度在3μm,证明对高能球磨形成的活化粉末采用低温烧结是切实可行的。(4)增强了不锈钢的界面结合力对高密度合金烧结后处理主要是真空退火、时效处理和热机加工处理。张云廷等人对93W和95W的烧结态和真空热处理态的钨基界面元素的偏聚作了俄歇能谱分析,研究表明:经真空处理后钨晶粒-基体界面钨颗粒一侧Ni、Fe元素含量增加,而杂质元素P含量明显减少。由于在一定的真空热处理过程中,钨晶粒-基体界面上的W与Ni、Fe元素发生互扩散,造成钨颗粒一侧Ni、Fe元素含量增加,从而增强了钨合金的界面结合力,提高了合金的性能。DowdingRJ等人研究了高密度钨合金的应变时效,90W合金在700℃时效1h,可使强度由锻造态的1136MPa增加到1230MPa,合金的伸长率由10.8%增加到12.2%;93W合金在600℃时效1h可使合金强度由锻造态的1200MPa增加到1358MPa。挤压、旋锻是常采用的两种后加工形式,通过挤压、旋锻加工,烧结合金可使W颗粒被高度拉长,形成纤维状组织,从而大大提高合金的拉伸性能,经旋锻后的合金抗拉强度可达1500MPa以上。WendyL.及HogwoodMC对93W-5Ni-2Fe棒材进行500/900℃热处理,多次循环变形加工和热处理,使试样内部的组织发生很大变化,如产生纤维状和网状组织,强度得到了大幅度提高,屈服强度达到1810MPa,抗拉强度达到1850MPa。(5)底金热对纯金的动态加载对于传统钨基合金机理的研究大多集中在断裂机理、破坏机理和致密化机理,近十年研究者们对钨基合金动态加载下失效机理进行了研究,特别是对钨基高密度合金在动态加载下绝热剪切带的形成机理进行了研究。1低热值重合金的断裂过程高密度合金的性能与其断裂方式有着密切的关系,高密度合金的断裂方式有四种:钨颗粒的解理断裂;钨颗粒-钨颗粒界面断裂;钨颗粒-基体相界面的断裂;粘结相的延性断裂(延性撕裂)。钨-钨界面结合力最弱,裂纹一般在此产生。随着钨颗粒解理断裂和粘结相延性撕裂的增加,合金的强度和伸长率都得到相应的提高。在高密度合金中,钨相体积含量、钨颗粒大小、金属间化合物在界面上的析出,以及C、H、O、N、P、S等杂质元素在界面上的偏析,对合金的断裂方式均有很大的影响。钨相体积的增加,钨颗粒-钨颗粒界面接触增多,钨颗粒增大和界面偏析都会使得钨颗粒-钨颗粒界面和钨颗粒-粘结相界面断裂增加。采用真空热处理、添加Y、La等微量元素和采用固溶强化处理来消除界面杂质的偏析和避免脆性金属间化合物的生成等,都会使钨颗粒和粘结相的界面结合力增强,钨颗粒解理断裂增加,合金强度、延性和断裂韧性大大提高。2热机械疲劳破坏机理高密度合金除了在机械应力状态下需要高的力学性能外,在高温状态下使用时,还需要较好的抗腐蚀性和抗热疲劳性能,尤其作为电热镦粗用的砧块材料时,电镦温度高达900-1150℃,镦粗压力为180-250MPa,砧块面承受着巨大的热机交变应力,同时由于环境条件的作用,砧块还承受着空气的腐蚀作用,导致了砧块的破坏。其破坏机理有三种:一是高温下,合金表面的W、Ni、Fe、Mo等元素发生氧化、蒸发以及由于电流作用产生强烈的电子迁移而导致腐蚀破坏,在砧块工作表面出现蚀坑,裂纹在此萌生并扩展;二是在加热和冷却过程中因热膨胀冷却收缩不一致而产生热机械疲劳裂纹所导致的热机械疲劳破坏;三是由于腐蚀/热机械疲劳的交互作用,一方面物质的氧化促进了热机械疲劳裂纹形核;另一方面裂纹形核和扩展促进了内部物质氧化和迁移。在这三种破坏方式下,裂纹沿晶界扩展,相互交叉形成网状的龟裂裂纹。3高密度合金的致密化高密度合金在液相烧结过程中发生严重的变形。正确认识和研究高密度合金的致密化机理对指导和改进工艺以及控制高密度合金的变形很重要。传统的液相烧结理论认为:高密度合金在固相烧结中不会发生明显的致密化,在液相烧结中,由于液相的生成,钨颗粒迅速发生重排,通过溶解-析出,钨颗粒形状调整而发生全致密化。而现代烧结理论认为,高密度合金在固相烧结阶段由于缺陷增生和缺陷的相互作用,合金相生成所形成的扩散驱动力以及孔隙迁移、扩散引起表面能减少等综合作用,而发生了大部分的致密化,W颗粒接触平整化,形成连通的W骨架;在随后的液相烧结过程中,液相的生成和孔隙的填充而达到全致密化。4试验件材料分析本结构材料的表现在外绝热剪切带(ASB)实际上是一个剪切变形高度局域化的窄带形区域,宽度一般为1-102μm。在ASB内可以产生101-102量级的剪切应变,应变速率可高达105-107s-1,温升可达102-103K。所谓“绝热”,其实是一个近似的说法,由于材料的高速变形,变形过程的时间又很短,在如此短的时间内,绝大部分(90%左右)的塑性功转化为热量并且来不及散失,所以近似认为在这样高应变速率下的变形过程为绝热过程。绝热剪切是材料在冲击载荷下的一个重要现象,是一种独特的局部失稳现象,它与材料失效有着密切的关系,材料构件出现ASB即意味着材料的承载能力的下降或丧失,被认为是材料失效的前兆。如对于装甲材料来说,绝热剪切就是其主要失效形式之一。而在制造动能穿甲弹的材料时,就要求有强的剪切失稳和变形局域化敏感性,从而在穿甲、侵彻过程中出现“自锐化”现象。以前认为粉末冶金钨基合金是绝热剪切很不敏感的材料。但最近的研究发现钨基合金的绝热剪切不敏感性是相对的:一方面,材料的微观结构(如钨颗粒的形状、空间取向)对材料的变形、破坏和变形局域化机制具有重要影响。如果最大剪切应力的方向和钨颗粒的取向一致,则失效是钨颗粒脆性断裂、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;如果最大剪切应力的方向和初始钨颗粒的取向有较大夹角,钨颗粒将出现绝热剪切变形局域化,此时钨颗粒的剧烈变形和破坏是钨合金失效的主要机制。另一方面,受力状态对材料的变形也有一定的影响。钨合金在一维应力冲击条件下(高应变率、大应变)呈均匀变形,很难观察到微裂纹、微孔洞和绝热剪切带的出现;而在哑铃形和阶梯形圆柱试件中,即使在很小的冲击强度下,也会在应力集中处出现绝热剪切带,应力分布对绝热剪切带的形成具有重要影响。哑铃形试件的细段由于受两端约束,剪切带不易扩展,很难导致试件的整体破坏;而在阶梯形试件中剪切带受单面约束,易于扩展,最终导致试件的整体断裂,裂纹