為探索高強度、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變率下的動態(tài)壓縮特性,用Autodyn-2D動力學仿真軟件模擬銅基塊體非晶合金藥型罩的桿式射流過程。結果表明:Cu₄₅Zr₄₃Al₄Ag₈塊體非晶合金靜態(tài)壓縮斷面均勻分布著脈絡狀花樣,隨應變率增大,動態(tài)抗壓強度先升后降,具有應變率敏感性;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。 

【文章來源】：兵器材料科學與工程. 2020,43(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

靜態(tài)壓縮應力-應變曲線及斷口形貌

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)藥型罩用紫銅進行對比，基本參數(shù)，見表4。其中，Cu基塊體非晶合金用Linear狀態(tài)方程和Drucker-Prager本構模型；紫銅用Shock狀態(tài)方程和Steinberg-Guinan本構模型，該材料參數(shù)取自Autodyn-2D軟件的材料庫[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]。聚能裝藥結構為規(guī)則的軸對稱結構，因此只需建立1/2模型。為消除邊界效應，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。成型裝藥結構和有限元模型，如圖4所示。通過建立有限元模型，模擬Cu基塊體非晶合金和紫銅藥型罩桿式射流的形成過程及監(jiān)測桿式射流速度隨時間的變化情況。表5為0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65μs時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Cu基塊體非晶合金。隨桿式射流逐漸成形，30μs時紫銅桿式射流初步出現(xiàn)頸縮，并隨時間推移頸縮現(xiàn)象越發(fā)明顯，50μs時出現(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時才出現(xiàn)頸縮，在65μs時出現(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，桿式射流在成形過程中不易出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，在較長時間內(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變率下具有優(yōu)異的延展性，呈很小的流變抗力，在射流過程中，桿式射流前端的溫度不斷變化，剛好達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試驗數(shù)據(jù)。選取應變率為1 260、1 330、1 420、1 480、1 670、1 770 s-1的試驗數(shù)據(jù)原始波形曲線，采用三波法處理試驗數(shù)據(jù)[13]。圖2為SHPB試驗后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睿蚴菈K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)組元間有較大負混合焓，在沖擊氣壓加載下發(fā)生原子自蔓延運動，瞬間激發(fā)化學放熱反應，使合金出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。同時，也符合Cu基塊體非晶合金“自銳性”特點，即合金黏度在過冷液相區(qū)內(nèi)很低，受熱過程中外層材料因達到過冷液相區(qū)溫度自動脫落，內(nèi)部合金材料因未達到過冷液相區(qū)溫度，其黏度依然很高，適合用作藥型罩材料[14]。圖3為Cu45Zr43Al4Ag8塊體非晶合金動態(tài)壓縮應力-應變曲線。表2為不同應變率下的動態(tài)抗壓強度�？梢钥闯�，應變率為1 260、1 330、1 420 s-1時，壓縮初始階段產(chǎn)生一定的彈性應變；試樣在不同應變率加載下均未有明顯屈服；隨應變率增大，動態(tài)抗壓強度總體先升后降，最大動態(tài)抗壓強度約為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)相對應——隨沖擊氣壓增大，加載后的試樣從破碎狀變?yōu)轲�，動態(tài)抗壓強度隨應變率增加而增大，達到一定程度后開始下降，此時加載后的試樣呈黏滯狀�？芍�，應變率改變影響了試樣在加載過程中的形態(tài)，同時影響動態(tài)抗壓強度，因此在動態(tài)壓縮過程中Cu基塊體非晶合金具有應變率敏感性。

【參考文獻】：
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本文編號：3404959