55%B_4C/7075Al复合材料抗弹性能与损伤行为研究

通过压力浸渗方法制备体积分数55%B_4C/7075Al复合材料,并测试其对7.62 mm穿甲燃烧弹的抗弹性能。结果表明:复合材料具有优异的抗弹性能,相比于603装甲钢,防护系数可达4.13,厚度系数可达1.37。利用SEM观察55%B_4C/7075Al复合材料不同侵彻位置的微观损伤,并利用LS-DYNA对子弹侵彻靶板过程进行有限元分析模拟,重点研究靶板不同位置的应力分布,阐明了B_4C/Al复合材料在弹体侵彻过程中不同位置的宏微观损伤机制。     

B4C陶瓷/UHMWPE复合材料防护性能数值模拟分析

为提升复合装甲抗弹性能,用Autodyn软件建立二维模型,通过SPH算法对单一UHMWPE纤维复合材料靶板进行数值模拟,研究其侵彻机理和破坏模式,对B4C陶瓷/UHMWPE复合材料靶板的5种结构进行侵彻性能仿真预测,并验证模拟结果.结果表明:迎弹面应选刚度和硬度高的材料,当用B4C陶瓷时,B4C陶瓷与UHMWPE复合材料靶板厚度比为4:10,抗弹性能最佳.试验结果与模拟结果一致性较好.     

B_4C陶瓷/金属复合靶板抗侵彻性能数值模拟分析

利用LS-DYNA对平头弹垂直侵彻陶瓷复合靶的过程进行数值分析,研究了B4C陶瓷/金属复合靶板防护能力跟靶板结构设计之间的关系。计算结果表明:B4C陶瓷作面板复合靶有较优的抗弹性能;铝合金作背板与钢板作背板的陶瓷复合靶相比具有良好的抗弹性能。并得到了B4C陶瓷/铝合金板复合靶的防护能力与陶瓷板、铝合金板厚度的变化规律。     

铝-镁-铝轻质金属层状复合靶抗弹性能

为了对比铝-镁-铝三明治结构复合靶与等厚度铝合金靶的抗弹性能,研究铝-镁层状复合靶用于装甲防护的可行性,提出使用镁合金替代部分铝来降低铝合金装甲质量的方法。采用爆炸焊接法制备铝-镁-铝层状复合板,并通过实验测试和数值模拟分析其抗弹性能及机理。基于残余穿深法,对铝-镁-铝层状复合靶与AZ31镁合金靶、2024铝合金靶和铝-镁-铝层叠接触靶进行对比实验,并对枪弹侵彻不同类型靶板的过程进行数值模拟以验证实验结果,进一步研究了界面结合强度对层状复合靶板抗弹性能的影响。结果表明：在等厚度条件下,铝-镁-铝层状复合靶具有与2024铝合金靶相当的防护效果,但比2024铝合金靶减轻23%以上;界面结合强度可以提高层状复合靶的抗弹性能,具体表现为随着界面结合强度的增加,靶板通过整体变形来使抵抗弹头侵彻能力增强。     

2139装甲铝合金的抗弹性能

<正>从上世纪80年代开始,装甲铝合金经历了5083-H131和7039-T64两种铝合金。7039-T64比强度较低的5083-H131具有对穿甲弹和破片弹更好的抗弹性能。但是,7039-T64存在应力腐蚀开列问题,因此出现了2519-T87装甲铝合金。2519-T87具有类似7039-T64的抗弹性能,但具有改善的抗应力腐蚀开裂性。从此,美国陆军研究实验室评估了大量的高强度铝合金,如2124、2024、     

添加TiB2对石墨烯改性B4C陶瓷基复合材料抗弹性能的影响

为支撑新型轻质防弹装甲材料的研发和优化,以添加和未添加增韧相TiB₂的两种石墨烯改性碳化硼（B₄C）陶瓷复合材料为研究对象,研究其在12.7 mm口径穿甲弹侵彻下的失效机理。利用维氏硬度计、三点弯曲法和单边切口梁法获得两种陶瓷基复合材料的维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性3个准静态力学性能参数,通过残余穿深试验研究两种复合材料在12.7 mm口径穿甲弹正侵彻下的抗侵彻能力,并采用防护系数进行定量表征。结合铝合金背板和陶瓷碎块的宏观损伤形貌,利用扫描电镜进行微观断口分析,研究陶瓷在弹头侵彻下的失效机理、增韧相TiB₂以及石墨烯的强化机制。结果表明：TiB₂的加入可以提高石墨烯改性B₄C陶瓷的各项性能,相较不含TiB₂的石墨烯改性B₄C陶瓷,含质量分数14%TiB₂改性B₄C陶瓷的维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性分别提高了19.66%、24.06%和19.70%,在12.7 mm口径穿甲弹弹头750 m/s速度侵彻下的防护性能提高15.11%;对于石墨烯改性B₄C陶瓷,TiB₂的加入与石墨烯的促进作用使B₄C陶瓷变为多种破坏吸能模式,表现出更优异的抗破碎性,是其抗侵彻性能等提高的主要原因。     

机械球磨法制备TiC/Al复合涂层的显微组织及力学性能

采用高能球磨机,室温下在2024铝合金表面制得TiC/Al复合涂层。利用SEM,XRD、显微硬度测试和摩擦磨损测试等技术分析涂层的显微形貌、组织结构及力学性能并初步探讨涂层的形成机理。结果表明,在350r/min转速下球磨3h后,2024铝合金表面形成界面结合良好且平均厚度为20μm的TiC/Al复合涂层。涂层最大显微硬度值高达314HV0.1,是基体硬度值的2倍多。界面处的显微硬度呈现梯度变化,对合金层起到很好的缓冲和支撑作用。摩擦磨损测试表明,涂层有效地降低原有材料的摩擦因数,使其耐磨性得到一定程度的提高。     

不同弹芯材料侵彻钢装甲对靶板硬度的影响

对钨丝增强非晶复合材料和93钨合金进行模拟靶试对比试验,通过对弹坑头部附近靶板进行微观组织观察和显微硬度测试,研究高速侵彻后不同弹芯材料对靶板组织和性能的影响。结果表明:两种弹芯材料高速侵彻后的钢靶板,弹坑附近的靶板硬度都较侵彻前的原始靶板有很大提高,且非晶复合材料弹芯侵彻形成的弹坑附近高硬度层更宽,其宽度是93钨合金弹芯侵彻形成的高硬度层的2.5倍左右;弹坑附近组织存在很大差异,钨合金弹芯的弹坑附近是形变织构组织,而复合材料弹芯靠近弹坑处的靶板发生了马氏体转变。     

陆军战车用2219-T851和2519-T87铝合金装甲可焊性研究

为确定2219—T851和2519—T87铝合金装甲应用于美陆军装甲战车的可行性,曾对两种合金的可焊性进行了预先研究。合金的可焊性是根据焊件的拉伸强度、疲劳极限、抗应力腐蚀裂纹以及抗弹试验来评定的。结果表明,由于2519—T87具有较高的拉伸强度和抗应力腐蚀裂纹性能,故该合金是一种可以替代5083—H131和7039—T64的铝合金装甲材料。 最初的焊件未能满足MIE—STD—1946所规定的抗弹性能要求,但这些试验结果仍是很令人鼓舞的。可以认为,采用新的接头结构设计和改变MIL—STD—1946中规定的临界速度要求,2519—T89铝合金焊件可以表现出足够高的抗弹性能。     

锻造W_p/2024Al复合材料的轧制研究

对锻造后的Wp/2024Al复合材料坯料进行轧制研究。研究Wp/2024Al复合材料的密度、硬度和显微组织随轧制变形量的变化,分析轧制后的复合材料物相。研究表明,在轧制过程中锻造Wp/2024Al复合材料存在一个致密,变疏松,再致密最后趋于稳定的变化过程。而且,在热压过程中没有新相生成。在轧制初期,明显改善了热压和锻造过程中W颗粒分散不均匀的现象。轧制中期,随着W颗粒在铝合金基体中的流动受阻,发生W颗粒团聚现象。轧制后期,主要发生W颗粒的破碎。     

铜包覆多壁碳纳米管增强铝基复合材料的制备及力学性能

采用化学镀的方法在碳纳米管表面镀覆一层铜纳米颗粒,旨在改善其与铝基体之间界面结合性能,从而提高复合材料最终的力学特性,用常压烧结与高温模压、热挤加工相结合的工艺制备碳纳米管增强铝基复合材料,通过X线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对经过表面化学镀的碳纳米管粉末和复合材料的结构与性能进行表征测试。结果表明:随着碳纳米管质量分数的增加(0~4.0%),复合材料的硬度逐渐上升,抗拉强度先升高后下降;当质量分数为3.5%,分别可达到207.74HB和453.84 MPa,比纯铝提高了230.6%和326.9%,相比不经任何处理直接添加碳纳米管制备的复合材料提高了47.5%和23.55%。     

弹性波在B4C基复合材料中传播过程的初步探讨

根据B4C基复合材料的结构特征,建立了其结构的物理模型;利用应力波的知识,初步分析了弹性波在B4C基复合材料中的传播过程,并计算了不同时刻应力数值的大小。研究结果表明,B4C基复合材料的结构特征对弹性波的传播具有发散的作用;大量的B4C／Al界面减弱了应力波的强度,保持了B4C骨架的整体性;从而防止了B4C陶瓷的大面积碎裂,提高了B4C基复合材料的抗弹性能。     

液态搅拌铸造SiC_p/ZL101复合材料研究

利用改进的机械搅拌法在液态下将氧化态SiC_p分散进ZL101合金液中,制备了SiC_p/ZL101复合材料。对该复合材料的复合工艺、组织和常规力学性能进行了研究。结果表明,SiC_p/ZL101复合材料中SiC_p分布均匀,与基体结合良好,SiC_p与基体界面上存在Mg和Si的富集。与基体合金相比,SiC_p/ZL101的硬度、抗拉强度和耐磨性,尤其是重载下的耐磨性显著提高,塑性虽然降低,但通过优化工艺可以使之降低得最少。     

添加氧化锆对氧化铝陶瓷的性能的影响

研究了ZrO2对Al2O3力学性能和耐磨性能的影响。将α-Al2O3与采用沉淀法合成的Zr(OH)4混合,凝胶混合物在600℃下煅烧2h。m(Al2O3)∶m(ZrO2)=85∶15的复合材料在1400℃至1650℃之间保温2h常压烧结。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分别对试样的相组成和显微结构进行分析。结果表明,在1550℃温度下烧成的该复合材料获得了最高的密度、最好的耐磨性能和最佳的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别达到708MPa和5.8MPa·m1/2。研究结果表明,在氧化铝中添加ZrO2有助于改善氧化铝陶瓷的力学性能和耐磨性能。     

5083铝合金搅拌焊接头力学性能研究

用自行设计的Flared-TrifluteTM搅拌头对2mm厚的5083铝合金板材进行搭接搅拌摩擦焊实验,通过测量焊接接头的单向剪切拉伸强度和接头各区域材料的硬度。结果表明:当旋转速度为1800r/min,进给速度为30mm/min,接头的拉伸剪切强度可以达到200.12MPa;相邻的第二道焊接没有对第一道焊缝硬度分布产生影响。     

粒度对SiCp/Al复合材料组织及耐磨性的影响

采用半固态机械搅拌法制备不同粒度的SiC颗粒增强铝基复合材料,研究SiC粒度对复合材料的微观组织、硬度及耐磨性能的影响。结果表明,粒度为100μm时,复合材料中SiC颗粒分布均匀,没有明显的团聚现象,布氏硬度值最大,相对磨损率最小。其磨损机理是较软的铝基体对SiC颗粒起很好的支撑效果,使镶嵌在合金基体中耐磨的SiC颗粒对合金基体起到保护作用,减少粘着磨损的发生。     

一类装甲钛合金材料的防护性能与抗弹机理探索

研究测试了一种成本低于常规Ti-6Al-4V的钛合金装甲材料的显微组织及抗弹性能。结果表明:热处理状态影响钛合金装甲材料的组织匹配;细小板条组织的材料从力学性能到抗弹性能的匹配比较合理;高强、高韧材料的抗弹性能明显优化;高强度、低韧性的材料脆性增加,抗多发弹能力下降。     

7050/Gr复合材料的制备及性能研究

采用热压和粉末包套挤压方法制备7050和7050/Gr材料,测试力学性能和内耗性能,利用金相显微镜和透射电镜观察材料组织。结果表明:通过热压制备的7050/Gr复合材料力学性能很低;粉末包套挤压制备的7050/Gr复合材料随Gr含量提高,7050/Gr的强度、弹性模量下降,伸长率也降低;热处理后复合材料的强度大幅度提高,T6态时强度最高,7050/4Gr、7050/5Gr的抗拉强度和伸长率分别为535 MPa、9.5%和526 MPa、3.5%;内耗测试结果表明,7050/5Gr复合材料的内耗比7050合金的内耗高,它们的内耗值均随测试频率降低和测试温度升高而增加,7050/5Gr复合材料的内耗属动滞后型的复相型阻尼合金的内耗机制。