【摘要】：本文以提高穿甲彈侵徹性能為目的,通過(guò)設(shè)計(jì)鎢合金彈芯成分,控制燒結(jié)工藝,模擬彈、靶相互作用,靶試彈芯穿甲性能,分析殘余彈體及彈坑顯微組織,測(cè)試彈芯材料靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能等手段,成功研制出一種新型細(xì)晶鎢合金穿甲彈芯,并對(duì)其“自銳”行為及穿甲深度的提高進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和討論,主要研究結(jié)果和結(jié)論如下:(1)用霧化干燥法制備納米粉末并結(jié)合兩步燒結(jié)技術(shù)研制出了細(xì)晶鎢合金彈芯材料。通過(guò)對(duì)多種化學(xué)成分的篩選和工藝優(yōu)化,最終獲得的細(xì)晶鎢合金彈芯材料化學(xué)成分為95W-3.75Ni-1.25Fe-0.1X;兩步燒結(jié)工藝第一次為 125℃,2h,第二次為 1485℃,40min;鎢晶粒尺寸為10～20μm;密度為17.92g/cm3;靜態(tài)拉伸強(qiáng)度為775MPa,延伸率為5%。研制的細(xì)晶鎢合金彈芯材料,已在某軍工廠型號(hào)產(chǎn)品研制中得到應(yīng)用。(2)靶場(chǎng)實(shí)彈射擊表明,同等條件下細(xì)晶鎢合金彈侵徹威力優(yōu)于傳統(tǒng)制式彈。用30mm次口徑尾翼穩(wěn)定桿式穿甲彈,以約1200～1250m/s的速度垂直侵徹100mm厚30CrMnMo靶,三種細(xì)晶鎢合金彈芯平均穿深分別為76.48mm,74.79mm,75.47mm,較傳統(tǒng)鎢合金彈芯分別提高12.0%,9.5%和10.5%;三種細(xì)晶彈芯在靶板正面形成的彈孔呈圓形,孔徑大多為13～14mm;而傳統(tǒng)鎢合金呈橢圓形,孔徑長(zhǎng)軸約20mm。細(xì)晶鎢合金彈芯的“自銳”行為是其穿深提高的主要原因。(3)用分離式Hopkinson壓桿對(duì)細(xì)晶鎢合金和傳統(tǒng)鎢合金進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析。應(yīng)變率為2000s-1時(shí),細(xì)晶95W抗壓強(qiáng)度為21 00MPa,較傳統(tǒng)95W的1600 MPa提高31%;失效應(yīng)變?yōu)?.12,較傳統(tǒng)95W的0.20低40%。應(yīng)變率為3900 s-1時(shí),細(xì)晶95W抗拉強(qiáng)度為2520MPa,較傳統(tǒng)95W的2000MPa提高約25%;失效應(yīng)變?yōu)?.39,較傳統(tǒng)95W的0.43低10%。對(duì)力學(xué)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱數(shù)值分析,并擬合了細(xì)晶95W和傳統(tǒng)95W的J-C本構(gòu)模型部分參數(shù)。(4)殘余彈芯和彈坑的宏、微觀分析表明細(xì)晶95W發(fā)生了“自銳”行為。剖面顯示,細(xì)晶95W彈坑通道直,彈坑底部和回收的殘余彈芯頭部呈尖銳形狀。傳統(tǒng)95W彈坑底部呈球形,回收的殘余彈芯頭部呈蘑菇頭狀。SEM觀測(cè)表明細(xì)晶95W殘余彈芯頭部?jī)蓚?cè)沿侵徹方向45°出現(xiàn)較多微裂紋,且細(xì)小的彈芯碎塊沿該方向從頭部剝離。傳統(tǒng)95W殘余彈芯蘑菇頭最前端和侵徹45°方向鎢晶粒被壓扁成纖維狀,變形程度遠(yuǎn)高于細(xì)晶95W。細(xì)晶95W彈芯產(chǎn)生“自銳”的原因:一是其在動(dòng)態(tài)載荷下,具有較低的失效應(yīng)變;二是細(xì)晶95W較傳統(tǒng)95W易形成絕熱剪切帶;三是細(xì)晶95W裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展阻力小。(5)通過(guò)研究傳統(tǒng)鎢合金彈坑表面熔化快凝層(MRSL)的特征及形成原因,坑底裂紋的特征及形成原因,提出了“熔穿”是彈靶作用的主要機(jī)制之一。SEM觀測(cè)和EDS分析表明除了凹凸不平,厚薄不均,成分各異外,MRSL內(nèi)存在較大和超細(xì)兩種鎢晶粒,較大的鎢晶粒呈壓扁的纖維狀或破碎狀,幾到幾十個(gè)μm;而超細(xì)的鎢晶粒呈球狀彌散分布在粘結(jié)相內(nèi),粒徑約100～400nm。微觀分析結(jié)果表明MSRL形成過(guò)程中瞬時(shí)溫度達(dá)到鎢合金粘結(jié)相液相溫度以上,約1500℃。坑底裂紋呈冠狀分布,沿侵徹方向交替出現(xiàn)�！叭鄞奔磸椏妆砻娴娜刍炷龑有纬杉翱拥琢鸭y的交替出現(xiàn),使得彈坑深度延伸。(6)用LS_DYNA模擬了細(xì)晶鎢合金彈芯和傳統(tǒng)鎢合金彈芯的侵徹過(guò)程。模擬表明侵徹過(guò)程中彈、靶接觸處拉壓應(yīng)力不斷演變,在坑底1-2mm處出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū),與坑底裂紋位置吻合。模擬表明細(xì)晶95W因具有較低的失效應(yīng)變,侵徹過(guò)程中殘余彈芯頭部尖銳,傳統(tǒng)95W殘余彈芯呈蘑菇頭。模擬表明彈、靶接觸區(qū)域瞬間溫度能達(dá)到1680℃,高于鎢合金粘結(jié)相液相溫度。MCA模擬鎢合金彈芯頭部的變形、失效和破壞過(guò)程是速度渦流變形協(xié)調(diào)和損傷局部化擴(kuò)展的結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TJ413.2
【圖文】：

蔡司金相顯微鏡和ＳＳＸ－５５０掃描電鏡觀察剖面顯微組織的變化。同時(shí)對(duì)嵌入彈芯的靶板逡逑的３＃彈坑和５＃彈坑進(jìn)行分析。逡逑圖２．３（ａ）為從彈坑中取出的５＃殘余彈芯照片。由圖可見(jiàn)，殘余彈芯頭部明顯被增粗，逡逑形成“蘑菇頭”，其直徑約為１４．８ｍｍ，為侵徹前彈芯直徑（８ｍｍ）的１．８５倍。尾部直徑逡逑沒(méi)有明顯變化。彈體表面粗糙不光滑，留Q嚫咚佟⒏呶�、摩擦、质量杭{⒌暮奐�。辶x稀鰣澹咤義希ǎ幔┑又腥〕齙模擔(dān)２杏嗟懼危ǎ猓┎杏嗟酒拭媯櫻牛駝?wù)）＇「（放人１３倍）辶x賢跡玻沖澹擔(dān)２杏嗟懼義賢跡玻沖澹ǎ猓┪擔(dān)２杏嗟咀菥淦士蟮捅叮櫻牛駝?wù)片。唾Z屑分趕蛭廄殖狗截�，辶x希玻卞義

本文編號(hào)：2735406