改性钨材料的夏比冲击性能

改性钨材料的延脆转移温度（DBTT）可以通过几种测试方法进行评估，例如，拉伸试验、弯曲试验、夏比冲击试验和断裂韧性试验。DBTT在很大程度上取决于测试方法、应变率和试样形状。其中，有研究人员使用夏比冲击和拉伸试验来评估DBTT。

夏比冲击试验是根据欧盟标准进行的，使用KLST夏比V型缺口试样，沿L-S（板材）和L-R（棒材）方向，在真空中的温度范围为200至1000℃（第一个字母（L）：垂直于预期裂纹平面的方向，第二个字母（S和R）：预期裂纹生长的方向）。

即使改性钨材料的主要化学成分相同，但DBTT和上架能量（USE）随材料的变化而变化，这些材料经历了不同的制造方法和历史（如，变形率）。

大多数材料显示了脆性断裂和低于DBTT的脆性和分层断裂的混合，以及高于DBTT的分层断裂。相比之下，掺有K的W棒显示出韧性变形，在800℃以上有小的或没有裂缝。DBTT与晶粒尺寸（dS）和USE与晶粒尺寸（dS）的关系为Hall-Petch型。因此，那些不同的DBTT和USE，不能只由主要的化学成分决定，可能是由于个别特殊的晶粒结构取决于制造方法和历史。

纯W（H）板的DBTT为550℃；K掺杂的W（H）板为350℃；W-3%Re（H）板为450℃；W-3%Re（L）板为550℃；K掺杂的W-3%Re（H）板为250℃；以及W-3%Re-1%La2O3（L）板为550℃。对于高变形材料（“H”），K掺杂和Re-addition分别导致DBTT减少约200和100℃，USE增加约40和30%。

相反，与高变形材料相比，W-3%Re（L）和W-3%Re-1%La2O3（L）板显示出非常低的吸收能量。在低变形材料中没有观察到La2O3颗粒分散的明显积极效果。测试试样的外观表明，低变形材料的分层迅速扩展，同时几乎没有基体金属的塑性变形，而高变形材料显示分层伴随着足够的弯曲（塑性变形）。这些结果表明，当在轧制和锻压过程中施加足够的变形时，夏比冲击性能可以通过K-掺杂和Re掺杂得到改善。

此外，明显观察到K掺杂和Re掺杂的协同效应。相比之下，La2O3颗粒的分散效果还需要在未来的工作中通过应用于高变形材料来加以澄清。

参考来源：Nogami S, Hasegawa A, Fukuda M, et al. Mechanical properties of tungsten: recent research on modified tungsten materials in Japan[J]. Journal of Nuclear Materials, 2021, 543: 152506.

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