弹丸膛内运动过程中弹带塑性变形的宏观与微观机理研究

弹丸膛内运动过程中,弹带承受高强度冲击载荷与高速摩擦,其高温条件下瞬态塑性变形的微观机理十分复杂。根据膛内载荷特征,基于金属材料学进行弹带塑性变形的微观机理研究,通过分析弹丸发射后的弹带硬度分布及组织演变规律,探索其宏观形变的细观与微观本质。研究表明,弹带挤进后具有明显的层状特征,硬度最高的表层纤维组织因剧烈摩擦而迅速升温并导致局部再结晶,弹带内部区域未发生大尺度形变,摩擦产生的表面金属熔化膜是抑制塑性变形向内层延伸的重要因素之一。     

小口径炮弹弹带摩擦焊技术

介绍了小口径炮弹弹带的摩擦焊技木。用该ェ艺装配弹带时弹体不需开槽滚花,焊后焊接热影响区宽度小,钢侧为不完全淬火组织,铜侧晶粒细化,焊接接头剪切强度≥20OMPa.摩擦焊弹带的炮弹通过多轮射击考核,证实弹带摩擦焊技术完全能满足小口径炮弹弹带装配的技术要求。     

基于温度修正的弹丸挤进身管过程摩擦模型

弹丸挤进身管过程中,弹带与身管之间的摩擦特性不仅对内弹道特性产生影响,而且影响对身管寿命的预测。在弹丸挤进过程中,弹带与身管之间的摩擦具有高速高接触压力特性。基于弹丸挤进过程中的弹带变形机理,提出一种新的描述弹带与身管之间摩擦特性的摩擦模型,该模型考虑了接触压力、滑移速度以及连发射击时温度升高导致弹带表层熔化的影响;建立热力耦合的弹炮匹配有限元模型,分析弹丸挤进过程弹带应力及温度变化,并与文献［24-25］提出的摩擦模型进行对比验证,研究弹丸挤进过程中的弹丸速度和弹带表层温度变化规律。结果表明：新的摩擦模型能够准确描述弹丸挤进过程中弹带与身管之间的摩擦特性。     

弹体热收口过程的再结晶行为模拟

利用所建立的58SiMn钢奥氏体再结晶数学模型,对该钢制弹体在热收口过程中的再结晶行为进行了模拟;借助再结晶体积分数及晶粒尺寸变化的预测结果,解析了弹体收口后的晶粒分布。结果表明:收口上部由于温度较高且存在较大应变,促使完全动态再结晶发生并进而细化了晶粒;收口下部粗大晶粒的存在是由于该区域所发生的静态及亚动态再结晶不完全和新晶粒在保温过程中长大所致。     

钨合金材料锻造变形强化的组织与性能及其再结晶行为

对不同锻造变形量的钨合金材料组织、性能及其再结晶行为进行了研究。结果表明,变形量的增加导致了钨合金组织的“纤维化”和强度的提高,变形钨合金在低于液相烧结温度以下热处理时,其再结晶过程缓慢,再结晶晶粒所占比例较小且比较细小。在液相烧结温度以上热处理将会迅速完成其再结晶—球化—晶粒长大的过程,此过程将导致变形强化效果丧失,力学性能下降。     

美军对弹丸与炮管相互作用的研究概况

弹丸(主要是弹带)与炮管膛面的相互作用是引起炮管磨损烧蚀的重要原因之一。因此,国外在研究炮管磨损烧蚀的热、机械和化学过程时,也对弹丸与炮管膛面相互作用的机理作了不少研究工作,以便减小弹带的嵌入压力和弹带材料与膛面的相互作用。本文简要叙述美国的一些研究情况,包括弹带的摩擦和磨损特性,炮口磨损的特点与机理,黄铜(90％     

我国微米级超细晶粒钢焊接技术的研究现状

介绍了微米级超细晶粒钢的主要特点及其焊接性试验研究。微米级超细晶粒钢的焊接问题主要表现为焊接热影响区(HAZ)的脆化和局部软化,严重影响了焊接接头与母材性能的匹配。采用低热输入的焊接方法,可以适当减小焊接HAZ宽度,并避免焊接热影响粗晶区的晶粒过度长大;焊接热循环参数对其焊接接头的性能具有重要影响。向焊缝中添加稳定的第二相粒子,可促进针状铁素体组织的形成,有利于改善焊接接头的组织及性能,提高焊缝的强度和韧性。     

Mg-Al-Zn-Nd稀土镁合金热压缩动态再结晶的研究

采用Gleeble-1500D热模拟机对Mg-Al-Zn-Nd稀土镁合金的变形规律及动态再结晶行为进行研究。结果表明:合金的流变应力随应变速率的增大而增加,随温度的升高而降低;变形量对应力-应变关系的影响很小;变形过程中发生动态再结晶,随变形程度的增加,动态再结晶晶粒不断增多,材料呈现明显的软化趋势,流动应力下降。当动态再结晶过程完成以后,继续变形,材料又出现硬化行为;并且动态再结晶平均晶粒尺寸的自然对数与Zener-Hollomon参数的自然对数呈线性关系。根据实验分析,合金适宜的热加工条件为:变形温度400～450℃,应变速率0.1～5s-1。     

连续油管TIG焊接热影响区组织及性能热模拟分析

采用热模拟技术、显微分析方法和力学性能测试等手段,对连续油管用粒状贝氏体钢在TIG焊接过程中,接头热影响区不同部位的微观组织和宏观力学性能进行分析。与此同时,热影响区与母材组织及力学性能的对比表明,在接头热影响区中,过热粗晶区以长条状铁素体组织为主,冲击功相对较高。正火区和不完全正火区组织以多边形铁素体为主,晶粒之间晶界清晰,块状铁素体之间为片状和粒状珠光体组织,冲击功较低;回火区没有发生明显相变,晶粒尺寸比母材略有增加,组织发生了微小的回复再结晶,材料的冲击功有所回复。     

弹带应力对火炮寿命影响分析

弹带削光的过程和机理也就是身管寿命终止的过程和机理.分析了火炮寿命终止的形成原因和弹带削光机理,以某加农炮为例,进行了弹带导转侧压应力计算,并利用SUN工作站上的有限元软件IDEAS进行了仿真计算,与弹带导转侧压应力计算结果基本一致,说明弹带导转侧压应力的计算方法和结果是可信的,验证本文所提出方法的正确性.最后得出结论弹带削光不仅与内膛磨损量和膛压大小有关,还与严重磨损段的长度有关.     

坡膛结构变化对火炮内弹道性能影响的研究

考虑了经典内弹道方程组和弹带挤进过程的耦合效应,以内弹道方程组的解作为弹带挤进过程数值模拟的力边界条件,同时以数值模拟的结果作为内弹道方程组下一增量步计算的初始条件。引入了Lemaitre提出的基于连续损伤介质力学的考虑粘塑性及韧性损伤耦合效应的本构模型来模拟弹带材料的损伤失效过程,采用了Von Mises屈服准则、Johnson-Cook硬化模型及Johnson-Cook失效模型,考虑了大应变、高应变率、温度软化作用、初始损伤及累计损伤失效效应,并借助一种高效的时间积分方法通过Abaqus\\Explicit模块的材料子程序接口VUMAT将其引入到显式非线性有限元软件中,借助显式非线性有限元算法对两种坡膛结构下弹带挤进过程进行了数值模拟。分析了两种不同坡膛结构对弹带在挤进过程受力状态的影响,同时指出坡膛结构及弹带应力状态对火炮内弹道性能的影响,为火炮坡膛的设计提供了有益的参考。     

车用铸态Ti-5.5Al合金热压缩变形行为研究

用铸态Ti-5.5Al-3.0Nb-3.0Zr-1.2Mo合金为基材,在Gleeble-3800D热模拟测试机上高温压缩测试,变形温度为750~900℃,变形速率为0.001~1 s^-1,总变形比例为75%。结果表明:应变提高,铸态合金加工硬化明显,流变应力呈直线增大;到达峰值应力后,组织开始软化,在软化与硬化过程达动态平衡时,获得稳定流变。处于低变形温度下,动态软化受应变率影响最明显,合金软化受变形温度与应变率共同作用。升温至850℃,存在动态再结晶现象,表现为动态回复。以较低应变率变形时,促进动态再结晶的快速完成,α相可促进动态再结晶转变。提高应变率后,合金中的β相软化机制由动态再结晶转变成局部塑性流变。     

基于热力耦合有限元模型的弹带挤进过程及内弹道过程的仿真研究

为了更好地揭示弹带和身管的相互作用过程,建立了弹炮热力耦合有限元分析(FEA)模型,采用Fortran子程序结合显式有限元方法对挤进过程以及随后内弹道过程进行了数值模拟。计算结果和实验数据对比验证了热力耦合模型的准确性。仿真结果表明：采用经典内弹道模型时,次要功系数随时间变化并存在极值;在挤进过程中,弹带表层受热软化对内弹道过程有显著影响;对于药筒定装式炮弹,计及拔弹力可以提高挤进过程及随后内弹道过程的计算精度。     

加热温度对掺杂钨丝再结晶组织和性能的影响

试验研究了在1700-1900℃之间不同温度及真空、分解氨气氛条件下加热对掺杂钨丝再结晶组织形态的影响。 研究结果表明,掺杂钨丝在含有镍、铁和锰的气氛下,由于这些合金元素渗入掺杂钨丝的表层中,使钨丝表层的再结晶温 度大幅度下降,以致掺杂钨丝的表层形成了等轴晶的再结晶组织,这使掺杂钨丝严重脆化,其力学性能也大幅度降低。     

基于等径通道挤压法的超细晶铜动态剪切变形行为实验研究

采用等径通道挤压（ECAP）法制备了超细晶铜,分析其微结构的热稳定性及其对材料动态力学性能的影响。利用Hopkinson压杆及MTS液压伺服实验机对ECAP超细晶铜和原始铜帽型剪切试样进行应变控制加载,结合图像数字相关法及“冻结”回收试样的微观和X射线衍射分析,对其动态剪切变形行为及微观组织演化开展研究。结果表明：ECAP后的超细晶铜在准静态剪切下具有应变硬化特征,但在高应变率下剪切应力-剪切应变曲线呈软化特征;高加载率下产生动态再结晶的绝热剪切带是导致应变硬化率为负的原因;按塑性功计算的超细晶铜再结晶温度仅为325 K,因此超细晶铜在高应变率下易发生绝热剪切失稳变形现象。     

材料属性对激光辐照金属/炸药结构的影响分析

以激光辐照圆柱形金属/炸药结构为研究背景,通过建立热传导的有限元方程得到温度场数值解,分析材料属性对温度场及炸药热爆炸的影响。结果表明：金属材料热导率越大,比热容越小,则壳体表面温度和炸药温度越高,越有利于炸药的热起爆;隔热层的存在阻止了能量沿激光辐照轴线的传导,减缓炸药的温升,不利于炸药的热起爆。     

Al2O3-弥散强化铜合金的退火行为研究

采用原位反应合成技术制备了Cu-1.12wt%Al₂O₃合金。通过力学性能测量、断口形貌观察及显微组织结构表征,系统研究了该合金的退火行为。结果表明：对冷拉拔变形量为50%的合金进行退火处理后,合金的硬度和强度均随着退火温度的提高呈缓慢下降趋势,合金韧性得到改善;合金表现为韧性断裂,且随着退火温度的升高,韧窝尺寸和深度增大,内部布满细小的纳米Al₂O₃颗粒;退火态合金位错密度低于冷拉拔态情形、中温退火（873 K）时合金组织以变形位错胞组织和位错墙为主,高温退火（1 223 K）后出现亚晶组织,偶可见亚晶合并、长大并发展成为原始再结晶核心的过程,但由于纳米Al₂O₃颗粒的钉扎位错作用和抑制再结晶效应,基体中仍未发现有明显的再结晶组织存在,合金展示出优异的抗高温软化性能。