钛会论文 高强度低成本Ti5322钛合金的抗弹性能及其抗弹机理研究

本文开展了高强度低成本Ti5322钛合金的抗弹性能及其抗弹机理研究,通过采用底推105长杆形穿甲模拟弹丸,对厚度为45mm的均质Ti5322钛合金靶板开展终点弹道侵彻实验,研究了高强度低成本Ti5322钛合金在长杆形穿甲弹丸侵彻条件下的抗弹性能及其抗弹机理,并探究了该低成本钛合金的典型抗弹效应：倾角效应。结果表明,高强度低成本Ti5322钛合金的质量防护系数高达1.80,和均质装甲钢相比提高了80％；其空间防护系数和均质装甲钢相当,约为1.02。结合损伤后靶板的宏微观损伤分析,发现：在长杆形穿甲弹丸的侵彻条件下,高强度低成本Ti5322钛合金的损伤机制和抗弹机理是通过自身的绝热剪切局域化行为实现的；这种Ti5322钛合金靶板的绝热剪切局域化行为,一方面,通过靶板的变形破碎协调了弹体侵入过程的挤凿作用；另一方面,弹靶作用过程中发生的弹靶互侵蚀行为有效的消耗了弹体动能。对高强度低成本Ti5322钛合金倾角效应的研究发现,在长杆形穿甲弹丸的侵彻条件下,Ti5322钛合金的倾角效应表现为正效应,这是因为,随着弹丸侵彻角度的增大,在弹靶作用初期就发生了严重的弹靶互侵蚀行为。     

硬度对装甲钢板抗弹性能的影响

借助用53式7．62mm WO-109C穿甲燃烧弹垂直撞击10mm厚、硬度为HRC44－56的Cr-Ni-Mo装甲钢板的穿甲试验研究了高硬度及超高硬度状态下硬度对装甲钢板抗弹性能的影响。观察分析弹坑形貌发现,装甲钢板材料力学性能的改变导致了穿甲机理的变化。一方面,硬度升高,增加弹丸开坑所消耗的能量,提高弹丸消耗的塑性扩孔功,且当硬度超过一定值时,弹丸可能发生破碎,从而有利于抗弹性能的提高。另一方面,硬度升高,导致绝热剪切临界失稳应变降低,易诱发冲塞破坏,而且塑性与韧性降低,可能导致背面盘状崩落破坏,从而使抗弹性能下降。在本试验弹靶体系下,上述两方面相反作用的结果导致装甲钢板背面强度极限基本上不随硬度变化而改变。     

钨合金空心弹体垂直侵彻过程研究

进行了钨合金空心弹体垂直侵彻钢靶板和混凝土靶板的实验。通过对回收空心弹体的分析，指出钨合金空心弹体破坏的典型宏观特征和主要微观机制分别为：空心弹体危险区域的塑性大变形及断裂和危险截面处材料的绝热剪切失效。通过自行设计的弹载存储测试系统，成功地获得钨合金空心弹体危险截面处应变的时间历程。应变历程曲线真实地反映出侵彻目标过程中应力波效应致使弹体受到动态压缩和动态拉伸载荷的反复作用，压应力远高于拉应力，而且应力水平与目标靶板的材料性能密切相关。研究结果不仅有助于空心弹体侵彻模型的建立，而且为空心弹体的结构设计与选材提供理论依据。     

弹丸高速冲击条件下高强度钢板抗弹性能

摘要：为了研究弹丸高速冲击条件下不同洁净度的40CrNi2Mo钢板的抗弹性能，利用12.7mm穿甲燃烧弹对抗拉强度分别为800和1200MPa级的钢板进行抗弹性能测试。通过观察不同强度钢板出现的损伤形貌，评定背面强度极限，分析了穿甲机制。结果表明：抗拉强度为800MPa级的钢板在弹丸冲击过程中以塑性扩孔方式侵彻，抗弹性能随着强度升高而提高，与洁净度关系不大。抗拉强度为1200MPa级的钢板，弹丸冲击过程中因钢板较低的绝热剪切临界失稳应变而出现绝热剪切；由于塑韧性较低，低洁净度钢板阻止绝热剪切引发裂纹扩展的能力较弱，因此形成与绝热剪切相关的裂纹，导致抗弹性能降低；高洁净度钢板抗弹性能相对较高，因背面出现剪切裂纹而失效，此裂纹与绝热剪切无关。     

新型Ti—120合金防弹衣材料的抗弹性能

西北有色金属研究院通过对26种钛及其合金材料的对比研究,经历两年半时研制出适合做防弹衣的新型Ti-120合金材料.本文着重介绍该合金裸露靶板实弹考核的性能测试情况.试验材料及方法,靶板规格为δ(板厚)×100mm×100mm方板,Ti—120靶板采用2.6mm和2.4mm两种厚度.2.6mm厚靶板分别经650℃、680℃、700℃、720℃和750℃退火.2.4mm厚靶板经720℃退火.将3.1mm厚TA2纯钛板(经700℃退火后)做对比靶板.每种状态靶板至少取     

不同组织Ti6321合金的绝热剪切行为研究

通过热处理获得等轴组织、双态组织和魏氏组织的Ti6321合金,研究不同组织的Ti6321合金在动态压缩下的绝热剪切行为。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对帽形试样进行强迫剪切加载,结合扫描电子显微镜和金相显微镜,对其绝热剪切带和微观组织演化进行观察和分析。结果表明:Ti6321合金的绝热剪切敏感性与其组织密切相关,魏氏组织具有最高的绝热剪切敏感性,等轴组织与双态组织的绝热剪切敏感性接近。随着热处理温度的升高,双态组织的Ti6321合金初生α相含量降低,绝热剪切敏感性增大。冲击速度也会对Ti6321合金的绝热剪切行为产生较大影响,随着冲击速度提高,其绝热剪切敏感性提高。     

弹丸高速冲击条件下高强度钢板抗弹性能

为了研究弹丸高速冲击条件下不同洁净度的40CrNi2Mo钢板的抗弹性能,利用12.7 mm穿甲燃烧弹对抗拉强度分别为800和1 200 MPa级的钢板进行抗弹性能测试。通过观察不同强度钢板出现的损伤形貌,评定背面强度极限,分析了穿甲机制。结果表明:抗拉强度为800 MPa级的钢板在弹丸冲击过程中以塑性扩孔方式侵彻,抗弹性能随着强度升高而提高,与洁净度关系不大。抗拉强度为1 200 MPa级的钢板,弹丸冲击过程中因钢板较低的绝热剪切临界失稳应变而出现绝热剪切;由于塑韧性较低,低洁净度钢板阻止绝热剪切引发裂纹扩展的能力较弱,因此形成与绝热剪切相关的裂纹,导致抗弹性能降低;高洁净度钢板抗弹性能相对较高,因背面出现剪切裂纹而失效,此裂纹与绝热剪切无关。     

材料因素对装甲钢板抗弹性能的影响

 描述了与动能穿甲弹侵彻过程相关的钢板材料因素和力学性能,分析了硬度、洁净度、均匀性和组织对装甲钢板抗弹行为的影响。认为硬度对抗弹性能影响最显著,并且只有达到强韧性的最佳配合,装甲钢才能具有最优的抗弹性能。     

两种不同强塑性薄钢板抗弹性能的试验和数值模拟

 利用51B式7.62mm手枪弹对不同强度和塑性的薄钢板进行枪击试验,采用ANSYS/LS-DYNA软件对试验过程进行数值模拟,对试验和数值模拟过程的钢板破坏形貌、背凸高度、残余弹丸长度等宏观形貌进行比较。结合抗弹过程中弹丸和钢板消耗的能量,分析了强度和塑性对钢板抗弹性能的影响。结果表明：尽管两种钢板的抗拉强度和断后伸长率差异较大,但其抗51B式7.62mm手枪弹性能相当。试验和数值模拟结果吻合较好,模拟方法能够正确地反映弹丸冲击靶板过程。因较高强度钢板使弹丸变形消耗的能量大于较低强度钢板,塑性较好钢板本身变形消耗的能量大于较低塑性钢板,从而解释了两种钢板抗弹性能相当的试验结果。     

防弹衣用Ti-120合金的高速冲击特性

该合金是西北有色金属研究院为替代笨重的钢制防弹衣而研制的一种抗弹能力优良的钛合金.众所周知,在枪弹攻击下的靶板材料需要承受10~2～10~4s~(-1)的高应变率作用,并且弹丸侵彻靶板的过程仅在微秒级之内以极快的速度释放出大量的能量.所以必须考虑材料在高速冲击下的行为.     

复合结构碳纤维防弹板的防弹性能仿真

针对纤维/基体间的界面脱黏决定能量吸收这一核心问题,采用一系列标准黏结力参数调整复合板界面黏合力,并通过层间黏性行为和损伤参数模拟界面分层过程。利用ABAQUS有限元软件中的Explicit分析模块建立陶瓷/纤维复合防弹板的高速冲击损伤分析模型,通过分析弹丸初始速度与剩余速度,研究复合防弹板的各组分结构参数、纤维指标、铺层设计对靶板及层合板抗侵彻行为的作用规律,并结合冯·米塞斯（Von-Mises）应力云图和基体损伤云图,探讨复合防弹板的受力与损伤形式。最后,利用弹道冲击实验成功验证了模型的准确性。实验结果表明:由13 mm厚SiC陶瓷、5 mm厚碳纤维复合材料板和17 mm厚超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)复合材料背板组成的复合防弹板可有效防御弹丸侵彻,对弹丸动能吸收和弹速衰减作用明显。      

装甲钛合金的研究与应用现状

综述了国内外装甲钛合金的研究现状,主要论述了抗弹性能及抗毁伤机理、附加装甲结构单元技术、应用基础研究等;介绍了抗弹性能考核评价及板材验收规范,主要包括抗弹性能考核评价方法、抗弹性能指标体系建立、板材验收标准制定情况等。通过对装甲钛合金应用现状和发展趋势的分析,加深人们对装甲钛合金材料和应用技术的理解,推动装甲钛合金材料的工程化应用。在进一步论述装甲钛合金应用现状的基础上,提出了未来装甲钛合金研究发展趋势。     

碳化硼-泡沫铝双层复合材料的制备及其防弹性能

采用热压烧结制备的碳化硼陶瓷和发泡法制备的泡沫铝,经环氧树脂黏结后制备得到碳化硼-泡沫铝双层复合材料.通过对材料靶板进行实弹靶试试验,着重研究和分析了该双层复合材料的防弹性能.靶试试验中,使用口径分别为7.62mm和12.7 mm的穿甲燃烧弹,冲击速度约820 m·s-1,射击距离为10m.试验结果表明:碳化硼-泡沫铝双层复合材料对7.62mm口径穿甲燃烧弹具有较好的防护能力,其防护系数范围为5.06-5.12.      

Microstructural analysis of residual projectiles—A new method to explain penetration mechanisms

In the present work it is shown that metallographic analysis can supply a lot of detailed information about metallurgical events which happen during the penetration of metallic projectiles into armor steel. With the help of these findings models of penetration processes are derived. The deformation, fracture, and phase transformation processes of projectiles are investigated, which consist of tungsten, a tool steel, and a tungsten heavy metal, respectively. These were shot into armor steel at velocities between 1000m/s and 2000 m/s. The extensively deformed tungsten and the brittle steel form two opposite poles; between those the heavy metal takes a mid position. The more ductile a material is, the sooner its penetration approaches the piercing of a liquid jet. On the other hand, in a brittle material quick rupture is followed by turbulent motion and friction welding of the fragments. In this case extensive deformation is observed only in the skin layer of a fragment and in shear bands. Special attention is drawn to features which are characteristic for ballistic piercing processes,e.g., molten films and adiabatic shear deformation. Formerly Research Scientist at the Hochschule der Bundeswehr in Hamburg, West Germany, and thereafter at an institute in France doing military research     

硼铬微合金钢的脆性断裂失效分析

为了研究硼铬微合金钢的脆性断裂失效机理，以工厂履带拖拉机支重轮的中心轴脆性断裂为研究背景，通过对中心轴断口的观察以及不同位置的组织和晶粒度的对比，得出了硼铬微合金钢的断裂失效机理。利用FactSage和Thermo- Calc软件对TiN夹杂物的析出机理和控制进行理论计算。结果表明，钛合金的不完全溶解和钛、氮元素质量分数的不合理控制，导致大量的大尺寸硬质TiN夹杂物在凝固过程中析出，使得钛元素的加入没有起到很好地细化晶粒的效果，中心区域的铁素体＋奥氏体组织的晶粒度过于粗大。大尺寸TiN夹杂物作为裂纹源和心部粗大的晶粒导致了硼铬微合金钢的脆性断裂失效。热力学计算表明，TiN夹杂物在凝固过程中形成，低钛低氮和钛、氮质量分数的合理搭配可以有效推迟TiN夹杂物的析出，降低其尺寸。较小的夹杂物尺寸和细小的晶粒均可以有效增强材料抵抗裂纹扩展的能力。     

三辊斜轧穿孔生产TA2管坯工艺研究

研究了三辊斜轧穿孔法生产φ50min×5 mm TA2管坯的生产工艺.通过TA2棒坯不同加热温度对穿透率的影响、不同径向压下量对穿孔后管坯直径的影响、穿孔头尺寸对管坯壁厚的影响、棒坯直径与管坯直径关系的研究,确定了三辊斜轧穿孔法生产纯钛管坯的具体工艺参数:棒坯规格φ48mm,棒坯加热制度930～950℃/40～50mi...     

Effect of Capping Front Layer Materials on the Penetration Resistance of Q&T Steel Welded Joints Against 7.62-mm Armor-Piercing Projectile

In the present investigation, an attempt has been made to study the effect of capping front layers on the ballistic performance of shielded metal arc-welded armor steel joints which were fabricated with a chromium carbide-rich hardfaced middle layer on the buttered/beveled edge. Two different capping front layer materials were chosen for achieving better ballistic performance, namely, low hydrogen ferritic (LHF) and austenitic stainless steel (SS) fillers. On the other hand, the bottom layers are welded with SS filler for both joints. The consequent sandwiched joint served the dual purpose of weld integrity and penetration resistance of the bullet. It is observed that the penetration resistance is due to the high hardness of the hardfacing layer on the one hand and the energy-absorbing capacity of the soft backing SS weld deposits on the other hand. The complementary effect of layers successfully provided resistance to the projectile penetration. On a comparative analysis, the joint fabricated using the LHF filler capping front layer offered superior ballistic performance with respect to depth of penetration. This is mainly due to the presence of acicular ferrite along the bainitic structure in the LHF capping front layer, which caused a shallow hardness gradient along the weld center line.     

Behavior and Mechanisms of Deformation in Intermetallic Compound Al_(66) Mn_9Ti_(25) La

Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｂｉｎａｒｙｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｃｏｍ ｐｏｕｎｄＡｌ3ＴｉｈａｓｔｈｅｔｅｔｒａｇｏｎａｌＤＯ2 2 ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｔｈｅｌｏｗｓｙｍｍｅｔｒｙ ,ｉｔｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｂｒｉｔｔｌｅ .ＢｙｒｅｐｌａｃｉｎｇｏｆａｐａｒｔｏｆＡｌｗｉｔｈＭｎ ,ｉｎｔｅｒ ｍｅｔａｌｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄＡｌ66Ｍｎ9Ｔｉ2 5 ｗｉｔｈｔｈｅｈｉｇｈｅｒｓｙｍｍｅｔｒｙＬ1 2 ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ .Ａｓａｒｅｓｕｌｔ,ａｎｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎｐｒｏｐｅｒｔ…     

Laser Keyhole Welding of Dissimilar Ti-6Al-4V Titanium Alloy to AZ31B Magnesium Alloy

Laser keyhole welding of Ti-6Al-4V titanium alloy to AZ31B magnesium alloy was developed, and the correlations of process parameters, joint properties, and bonding mechanism were studied. The results show that the offset from the laser beam center on AZ31B side to the edge of the weld seam plays a big role in the joint properties by changing the power density irradiated at the Ti–Mg initial interface. The optimal range of the offset is 0.3 to 0.4mm in the present study. Some lamellar and granular Ti-rich mixtures are observed in the fusion zone, which is formed by intermixing melted Ti-6Al-4V with liquid AZ31B. The maximum ultimate tensile strength of the joints reaches 266 MPa. Furthermore, the fracture surface consists of scraggly remaining weld metal and smooth Ti surface. The higher the failure strength, the smaller the proportion of smooth Ti surface to whole interface is. Finally, the bonding mechanism of the interfacial layer is summarized by the morphologies and test results of fracture surfaces.