高强度钢在高速冲击载荷下的动态响应 ?

为了探讨高强度钢板在高速冲击载荷下的动态行为，用１２．７ｍｍ钢芯穿甲弹垂直射击ＣｒＭｏ、ＳｉＭｎＭｏ和ＣｒＮｉＭｎＭｏＢ钢靶板，靶板硬度为ｄ＿（ＨＢ）＝２．７０～３．５０ｍｍ。对穿甲机制进行了分析，讨论了绝热剪切带的形成原因及其在冲塞穿甲中的作用。从弹丸能量和弹坑容积的关系出发，探讨了穿甲机制和抗弹性能的差异。试验结果表明：穿甲机制和抗弹性能取决于钢板的厚度和硬度。在较高硬度时，由大量剪切变形而产生的绝热剪切带将导致冲塞破坏。当ｄ＿（ＨＢ）＝３．０～３．２ｍｍ时，钢靶板呈现出混合型穿甲机制，并显示出较好的抗弹性能。     

杆式穿甲弹侵彻靶板时弹坑表面熔化快凝层研究

钨合金杆式穿甲弹高速侵彻装甲靶板时,在弹孔表面会产生很薄的“熔化快凝层”。为了进一步研究熔化快凝层的形貌特征和形成机理,对小口径钨合金杆式穿甲弹垂直侵彻30CrMnMo装甲钢板产生的弹坑表面,进行了扫描电镜观察及能谱分析,并利用LS-DYNA对弹、靶作用区的温度场进行数值模拟。结果表明：熔化快凝层的成分包含弹芯材料W、Ni、Fe和靶板材料Fe、Cr、Mn. 其中钨在熔化快凝层中以两种晶粒形式存在,较大的呈扁状细长形,长度为几个到几十 个微米;较小的呈球状弥散分布在基体内,直径为100~400 nm. 还发现杆式弹芯头部的质量消耗是以“溶解破碎”形式发生。对“熔化快凝层”的研究可为深入分析钨合金杆式弹穿甲机理提供依据。     

穿甲弹弹芯材料的发展趋势研究

穿甲弹的弹芯是穿甲弹的主体,弹芯材料的性能直接决定穿甲弹的侵彻性能。对穿甲弹及其弹芯材料的研究现状和发展趋势进行了详尽的分析,阐述了贫铀合金、钨合金和复合材料的侵彻性能差别;提出了开发具有绝热剪切敏感性和"自锐"效应的新型材料,穿甲威力提高到贫铀合金的侵彻水平是穿甲弹弹芯材料研究的主攻方向。     

不同强度的40CrNi2Mo钢抗弹性能研究

为了研究抗拉强度对钢板抗弹性能的影响,利用12.7mm穿甲燃烧弹对18mm厚不同抗拉强度的40CrNi2Mo钢板进行抗弹性能测试。观察不同弹速下钢板出现的损伤形貌,弹坑周围裂纹和绝热剪切带的形成位置和数量,评定背面强度极限。分析不同抗拉强度钢板的穿甲机理。结果表明:抗弹性能随着抗拉强度的提高,呈现非单调变化的趋势;抗拉强度在1270MPa以下,钢板出现塑性扩孔破坏,弹坑周围基本不形成绝热剪切带与裂纹;抗拉强度在1270MPa至1700MPa之间,由于绝热剪切带的形成与扩展,钢板损伤形式由塑性扩孔向冲塞破坏转变;抗拉强度超过1700MPa,由于板内裂纹的形成与扩展,钢板出现崩落。     

穿甲试验靶板中绝热剪切带特征及与裂纹的关系

采用14.5mm弹道枪发射7.6mm次口径93W穿甲弹,对603钢进行穿甲侵彻试验。结果表明:在一定的条件下,绝热剪切带交叉分布,剪切带内变形极大且不均匀,成为微裂纹和微孔洞的起源,这些微裂纹和微孔洞相互连接,导致裂纹沿绝热剪切带萌生、扩展,最终形成沿整个绝热剪切带的大裂纹,使部分穿孔表面形成碎片,造成靶板的损伤,降低靶板的力学性能,是靶板破坏的先兆;但绝热剪切带与裂纹并不完全等同,有些剪切带由于变形量不大,不产生裂纹。     

一种高铜铝合金板侵彻后的显微组织分析

采用53式7．62 mm穿燃弹斜入射一种高铜铝合金板,弹速为818 m/s。利用光学显微镜和扫描电镜观察铝板侵彻后的弹坑微观组织。结果表明:弹靶接触表面有熔化物,成分为靶材与弹丸的混合物;在侵彻的不同深度,弹坑微观组织呈现不同的特征,入口处晶粒被拉长,中间处的晶粒发生剧烈扭折,局部出现绝热剪切带,底部观察到形变显微带以及异常长大晶粒;靶板主要发生塑性扩孔型破坏。     

毁伤过程中弹板破坏机制的研究

研究了用93W?105模拟弹以1400m/s左右的速度侵彻四种回火状态的603、675、685钢装甲和弹体的破坏方式.研究过程发现,穿深、坑口和坑底直径都可以成为描述装甲钢抗弹性能的参数.另外坑口和坑底直径与材料抗弹性能有密切联系.研究中还发现,侵彻过程中钨合金穿甲弹发生了绝热剪切,绝热剪切产生的高温可以使钨发生融化并使装甲发生过烧.用钢穿甲弹进行实验,钢弹也出现绝热剪切,这证实侵彻过程中弹体受到的破坏主要是绝热剪切.     

35CrMnSi穿甲弹侵彻45钢靶板的微观组织观察

研究钢弹体侵彻韧性钢板的侵彻机理有理论意义和工程应用价值。用金相显微镜、扫描电镜研究了35CrMnSi穿甲弹侵彻45钢靶板后靶板和残余弹体的微观组织,并用显微硬度仪对试样的不同部位进行了硬度测试。结果表明,从界面到靶板内部其显微组织可分为:再结晶层,细晶层,形变层及基体组织。细晶层中的铁素体和珠光体的硬度最高。在侵彻过程中,弹靶相互作用,弹体边破碎、边穿甲,破碎主要是由绝热剪切带引起,靶板破坏形式主要为韧性扩孔。     

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。     

高硬度装甲钢抗弹性能及其机理研究

通过穿甲试验,研究装甲钢硬度与抗弹性能之间的关系;由弹坑解剖分析了装甲钢板穿甲破坏形貌以及弹坑表面的强化机理。试验结果表明:高硬度装甲钢抗弹性能好;装甲钢板为混合穿甲形式破坏;弹坑表面的变形带和相变带是由非常细小马氏体板条组成,其硬度非常高,远远高于装甲钢板的基体和淬火硬度。     

高速冲击下A1-5.9CU合金的微观形变组织研究

Al-5. 9Cu合金经过495 m/s穿甲燃烧弹侵彻后，弹坑底部呈现锯齿状，形成了两种形变带，一种与滑移带有相似的形貌，另一种与晶体的流态变形方向平行，弹坑侧壁形成剪切带以及撕裂性形变带。在809 m/s穿甲燃烧弹的冲击条件下，形成了螺旋状和涡流状的剪切带。两种冲击速度下，弹坑周围都形成了大量的微带。分析认为，在高速冲击压力下，产生了局部应力集中，位错的极化，中部位错的湮灭，以及形成了二次位错，最终形成微带组织。     

铝合金多层板靶板损伤形式及其微观组织分析

采用53式7.62 mm弹道枪、7.62 mm穿燃弹入射铝合金多层板,弹速为824 m/s。利用光学显微镜观察靶板侵彻后的弹坑微观组织。结果表明,距贯穿初始位置约4.3 mm开始出现绝热剪切带,距贯穿初始位置约3 mm开始出现裂纹。裂纹均存在于面板中。在弹丸冲击下,出现于面板弹坑微观组织中的绝热剪切带与裂纹相比,是一种更有效的能量耗散方式。背板贯穿处边缘未见裂纹和绝热剪切带。中间填料层对裂纹扩展有明显的抑制作用。     

钨铜镍合金药型罩研究

提高破甲威力是世界各国都在致务研究的课题。本文对钨铜镍药型罩进行了研究,通过与紫铜罩进行对比试验和射流动态参数的X光测试,得出了钨铜镍合金重金属作为药型罩材料来提高破甲威力是可行的,对于无隔板的聚能装药静破甲试验表明,破甲威力比紫铜罩提高38%,X光照片显示了射流的高延伸性。     

环形及线形聚能装药侵彻体对长杆式穿甲弹穿甲过程干扰的试验和数值模拟

为进一步提高聚能型爆炸反应装甲防护性能,增强坦克在战场上的生存能力,设计一种以环形聚能装药结构为基本结构的新型爆炸反应装甲,来拦截高速长杆式穿甲弹（简称长杆弹）。利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对环形爆炸成型结构干扰钨合金长杆弹穿甲过程进行数值模拟,分析了环形爆炸成型侵彻体成型过程及干扰长杆弹穿甲过程机理。在相同条件下,与线形爆炸侵彻体干扰长杆弹穿甲过程进行了对比。结果表明：环形聚能装药结构爆炸成型侵彻体具备更高的防御性能,长杆弹有效侵彻深度与线形装药结构相比降低32.5%,弹坑长度增加10.4%,且在环形爆炸侵彻体干扰下长杆弹弹杆断裂、偏航;模拟结果与试验结果吻合良好。     

玻璃纤维复合装甲抗侵彻性能数值模拟

为了研究玻璃纤维复合装甲在穿甲弹侵彻下的抗弹性能,根据某型坦克的首上装甲结构特点和其材料的抗弹特性,采用LS-DYNA数值仿真的方法,分析了不同着角下复合装甲的侵彻深度变化以及不同纤维层厚度下弹丸的速度变化、能量损失情况,发现玻璃纤维层厚度为16 mm时,该复合装甲抗弹效果最佳,着角大于20°则无法击穿复合靶板。拟合出侵彻深度随着角的变化曲线; 采用水平等效密度的方法计算出了该装甲的抗弹能力,得出了该装甲的抗弹性能相当于150均质装甲钢,可以为其他装甲结构的设计提供支撑。     

镁合金靶板在球形弹丸侵彻过程中的破坏分析

借助光学显微镜和扫描电镜等研究了Mg-Gd-Y系合金靶板在高速侵彻过程中的破坏形式,并对侵彻过程作了进一步的分析。结果表明,不同的侵彻阶段对应不同的破坏形式。在开坑和层裂阶段,靶板的破坏形式以微裂纹的形核与扩展为主;而在稳定塑性侵彻阶段,靶板的破坏形式则主要表现为绝热剪切带的形成与扩展。该合金在高速侵彻过程中背部自由面会发生多层层裂,各层破片的断口形貌有所不同。最外层破片由中心平坦区和边缘粗糙区组成,而内层破片则主要由平坦区组成。其中平坦区断口表现为准解理特征,而粗糙区断口则主要由细小的解理面组成并伴随有二次裂纹。通过对层裂破片和常规冲击断口的断口形貌进行对比发现,高速冲击载荷作用下镁合金表现出更大的塑性。