發(fā)布時(shí)間：2021-09-23 03:40

　　為探索高強(qiáng)度、高硬度和高非晶形成能力的銅基塊體非晶合金用作藥型罩材料的可能性,通過(guò)銅模吸鑄法制備Cu₄₅Zr₄₃Al₄Ag₈塊體非晶合金棒,研究其靜態(tài)壓縮斷口形貌及在不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)壓縮特性,用Autodyn-2D動(dòng)力學(xué)仿真軟件模擬銅基塊體非晶合金藥型罩的桿式射流過(guò)程。結(jié)果表明:Cu₄₅Zr₄₃Al₄Ag₈塊體非晶合金靜態(tài)壓縮斷面均勻分布著脈絡(luò)狀花樣,隨應(yīng)變率增大,動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度先升后降,具有應(yīng)變率敏感性;仿真研究的銅基塊體非晶合金藥型罩桿式射流成形能力好,不易出現(xiàn)頸縮,用作藥型罩材料可保證良好的侵徹性能。 

【文章來(lái)源】：兵器材料科學(xué)與工程. 2020,43(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

靜態(tài)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線及斷口形貌

為更好表征Cu基塊體非晶合金的桿式射流特性，仿真?zhèn)鹘y(tǒng)藥型罩用紫銅進(jìn)行對(duì)比，基本參數(shù)，見(jiàn)表4。其中，Cu基塊體非晶合金用Linear狀態(tài)方程和Drucker-Prager本構(gòu)模型；紫銅用Shock狀態(tài)方程和Steinberg-Guinan本構(gòu)模型，該材料參數(shù)取自Autodyn-2D軟件的材料庫(kù)[15-16]。建立由炸藥、藥型罩和空氣域組成的有限元仿真模型，均用二維Euler單元算法[17]。聚能裝藥結(jié)構(gòu)為規(guī)則的軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，因此只需建立1/2模型。為消除邊界效應(yīng)，添加“Flow-out”邊界條件[18]，空氣域模型用理想氣體狀態(tài)方程描述。成型裝藥結(jié)構(gòu)和有限元模型，如圖4所示。通過(guò)建立有限元模型，模擬Cu基塊體非晶合金和紫銅藥型罩桿式射流的形成過(guò)程及監(jiān)測(cè)桿式射流速度隨時(shí)間的變化情況。表5為0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65μs時(shí)兩種材料藥型罩在等體積情況下形成的桿式射流形態(tài)�？梢钥闯�，初始階段Cu基塊體非晶合金桿式射流成形速度快于紫銅，15μs后紫銅桿式射流成形速度超過(guò)Cu基塊體非晶合金。隨桿式射流逐漸成形，30μs時(shí)紫銅桿式射流初步出現(xiàn)頸縮，并隨時(shí)間推移頸縮現(xiàn)象越發(fā)明顯，50μs時(shí)出現(xiàn)拉斷跡象；與紫銅相比，50μs前，Cu基塊體非晶合金桿式射流未出現(xiàn)頸縮跡象，直到60μs時(shí)才出現(xiàn)頸縮，在65μs時(shí)出現(xiàn)拉斷跡象。因此，相比于紫銅，Cu基塊體非晶合金具有良好的桿式射流成形性，桿式射流在成形過(guò)程中不易出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不被拉斷。這是由于Cu基塊體非晶合金在一定變形溫度和應(yīng)變率下具有優(yōu)異的延展性，呈很小的流變抗力，在射流過(guò)程中，桿式射流前端的溫度不斷變化，剛好達(dá)到其良好延展性所在的溫度區(qū)間，使其變形容易，不易拉斷。

表1為Cu45Zr43Al4Ag8塊體非晶合金在不同沖擊壓縮下的SHPB試驗(yàn)數(shù)據(jù)。選取應(yīng)變率為1 260、1 330、1 420、1 480、1 670、1 770 s-1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)原始波形曲線，采用三波法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)[13]。圖2為SHPB試驗(yàn)后Cu45Zr43Al4Ag8塊體非晶合金殘留在墊片上的試樣形態(tài)，分別為不規(guī)則破碎狀（圖2a,1 260 s-1）和熔化后黏滯狀（圖2b,1 480 s-1）�？梢钥闯�，隨應(yīng)變率增加（即沖擊壓縮氣壓的增加），殘留試樣形態(tài)逐漸由破碎狀變?yōu)轲�，原因是塊體非晶合金在亞穩(wěn)態(tài)下具有較高能量，能量處于激活狀態(tài)，體系內(nèi)組元間有較大負(fù)混合焓，在沖擊氣壓加載下發(fā)生原子自蔓延運(yùn)動(dòng)，瞬間激發(fā)化學(xué)放熱反應(yīng)，使合金出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。同時(shí)，也符合Cu基塊體非晶合金“自銳性”特點(diǎn)，即合金黏度在過(guò)冷液相區(qū)內(nèi)很低，受熱過(guò)程中外層材料因達(dá)到過(guò)冷液相區(qū)溫度自動(dòng)脫落，內(nèi)部合金材料因未達(dá)到過(guò)冷液相區(qū)溫度，其黏度依然很高，適合用作藥型罩材料[14]。圖3為Cu45Zr43Al4Ag8塊體非晶合金動(dòng)態(tài)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。表2為不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度�？梢钥闯�，應(yīng)變率為1 260、1 330、1 420 s-1時(shí)，壓縮初始階段產(chǎn)生一定的彈性應(yīng)變；試樣在不同應(yīng)變率加載下均未有明顯屈服；隨應(yīng)變率增大，動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度總體先升后降，最大動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度約為800 MPa，這一現(xiàn)象恰好與表1中不同沖擊氣壓加載下殘留試樣的不同形態(tài)相對(duì)應(yīng)——隨沖擊氣壓增大，加載后的試樣從破碎狀變?yōu)轲�，�?dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨應(yīng)變率增加而增大，達(dá)到一定程度后開(kāi)始下降，此時(shí)加載后的試樣呈黏滯狀�？芍�，應(yīng)變率改變影響了試樣在加載過(guò)程中的形態(tài)，同時(shí)影響動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度，因此在動(dòng)態(tài)壓縮過(guò)程中Cu基塊體非晶合金具有應(yīng)變率敏感性。

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