热固性浇注 PBX 力学行为的影响因素探讨

利用拉伸实验、压缩实验、巴西实验对浇注黏结炸药（PBX）的力学行为进行了研究,探讨了影响浇注PBX 力学行为的因素。实验结果表明,浇注 PBX 的力学行为分为脆性断裂和延性断裂两种形式;在固化阶段的不同时间点浇注 PBX 的力学行为不同,当固化度为70％--80％时,浇注 PBX 表现出延性断裂的特征;当浇注 PBX 的固化度在80％以上时,药柱的力学行为受到固化温度和胶黏剂分子量等的影响。对于含有同一分子量端羟基聚丁二烯（HTPB）的浇注 PBX,固化温度越高,其力学行为越趋近于脆性断裂特征;经同一固化温度后,HTPB分子量越小,浇注 PBX 的力学行为越趋近于脆性断裂的特征。对产生上述现象的原因进行了分析。     

黏结剂相对分子质量对浇注PBX固化应力的影响?

采用自行研制的固化应力测试装置,测量了端羟基聚丁二烯(HTPB)基浇注高聚物黏结炸药(PBX)固化过程的应力变化,计算出固化应力数据,分析了黏结剂相对分子质量对热固性浇注PBX固化应力的影响,并对其在不同固化温度下的黏结强度进行了测试。结果表明:同一固化温度时,随着HTPB相对分子质量的逐渐增大,浇注PBX在固化阶段的最大热应力及收缩应力都逐渐减小。固化温度为100℃时,相对分子质量为1 500、2 800、4 000的HTPB基固化物因固化反应所产生的最大热应力分别为2.14、1.12、1.01 MPa,最大收缩应力分别为0.29、0.22、0.15 MPa。在固化降温阶段,HTPB相对分子质量越大,浇注PBX的收缩应力也越大。HTPB相对分子质量相同时,固化物的黏结强度随着固化温度的升高而降低;而固化温度一定时,HTPB相对分子质量对浇注PBX的黏结强度影响不大。     

固化温度及固化剂种类对模拟PBX浇注炸药力学性能的影响

测试了端羟基聚丁二烯-异佛尔酮二异氰酸酯-三苯基铋（HTPB-IPDI-TPB）和端羟基聚丁二烯-六亚甲基二异氰酸酯三聚体-亚乙基二胺（HTPB-HDI-trimer-DABCO）两种黏结剂在不同固化温度下对模拟PBX浇注炸药的力学性能的影响。实验结果表明,随着固化温度的升高,HTPB-IPDI-TPB和HTPB-HDI-trimer-DABCO制备的模拟PBX浇注炸药药柱的力学性能增强。固化剂IPDI和HDI-trimer对药柱的机械性能有较大影响,与含IPDI炸药相比,含HDI-trimer的炸药药柱的剪切强度在35 ℃增大50.27%,45 ℃增大34.30%,55 ℃增大44.83%;抗拉强度在35 ℃降低82.66%,45 ℃降低78.73%,55 ℃降低82.22%;抗压强度在35 ℃增大54.85%,45 ℃增大45.25%,55 ℃增大53.38%。HDI-trimer形成三维网状结构降低了药柱的抗拉强度。     

浇注 PBX 固化温度场的数值模拟

为了使浇注塑料黏结炸药(PBX)具有均匀的固化温度场,采用COMSOL Multiphysics软件和Fourier数学模型,分别模拟研究了模具尺寸、烘箱与PBX间的温差、PBX固化速率等因素对PBX温度场分布的影响。结果表明:药浆温度低于烘箱温度时,浇注PBX内的温度场呈现由外向里递减的趋势。60 mm×240 mm、100 mm×240 mm、200 mm×240 mm和200 mm×1 000 mm,壁厚都为5 mm的模具,从25℃升至60℃的过程中,模具边缘和中心点的最大温差可分别达到3.22、6.66、10.49℃和13.08℃。200 mm×1 000 mm,壁厚为5 mm的模具分别从0、25、40、50℃升至60℃时,模具边缘和中心点的最大温差可分别达到17.56、13.08、7.02℃和3.36℃。药浆温度与烘箱温度相同时,模具边缘温度最小,中心温度最高,此时影响温度场梯度的主要因素为药浆固化速率的大小。当药浆和烘箱间存在温差,可通过减小模具尺寸、降低浇注PBX内的温度梯度,且浇注PBX的固化尽量采取药浆与烘箱温度一致的固化工艺,此时选择固化速率较小的药浆可实现PBX内的温度基本一致。     

利用分离式Hopkinson压杆技术研究浇注 PBX炸药的老化性能

利用分离式霍普金森压杆（SHPB）技术研究了HTPB/AP基浇注PBX炸药70 ℃下的老化性能和在不同应变率、不同老化时间、不同温度下的动态力学性能;同时,运用扫描电子显微镜分析了炸药在高应变力下的微观损伤结构。结果表明,高应变率下的应力应变大于低应变率下,应力应变具有应变率效应;随着老化时间的增加,高温试验条件下,浇注PBX炸药的失效应变从0.364减小到0.343,失效应变逐渐减小;低温试验条件下,浇注PBX炸药的失效应变在0到56 d时从0.32增加到0.34,之后基本保持不变。同时,微观、宏观损伤模式表明,界面脱黏和晶粒破碎两种损伤模式并存,应变率越高,晶粒的破碎作用越明显。     

典型浇注PBX炸药的准静态压缩力学行为

采用定应变压缩试验研究了准静态压缩条件下浇注PBX炸药(浇注型高聚物黏结炸药)的力学行为,测试了典型浇注炸药PBX-1在损伤前、后的性能,获得了炸药的真应力-应变曲线。试验结果表明,浇注PBX炸药在准静态压缩条件下的力学行为分为接触压缩、弹性变形、损伤破坏和应变软化4个阶段。在压缩应变不超过损伤应变时,PBX-1炸药主要以弹性变形为主,屈服强度和屈服应变没有发生明显改变;在压缩应变超过损伤应变后,炸药中黏结剂断裂,颗粒脱黏,发生塑性变形。压缩应变增加至8%后,PBX-1炸药密度降低,残余应变增大;PBX-1炸药的屈服强度为0.6 MPa,屈服应变为10.6%,损伤应变为8%,炸药的损伤应变可以作为强度校核的依据。     

被动围压下浇注PBX炸药的动态力学性能研究

为获取一种浇注PBX炸药在被动围压加载下的动态力学性能,采用基于分离式霍普金森杆系统的被动围压试验装置开展了不同应变率(200、600 s^-1)下该浇注PBX炸药的力学性能测试,并通过改变围压管壁厚（4、10 mm）分析了围压应力对试样轴向应力的影响。结果表明:随着应变率和围压管壁厚的增加,被动围压下浇注PBX炸药的轴向应力（给定轴向应变）和围压应力（给定轴向应力）均呈增大趋势;且轴向应力随围压应力的增加呈指数增加。拟合得到被动围压下屈服点轴向应力与约束比之间的函数关系,与试验结果吻合良好。     

氧化铝性能对环氧浇注的影响

氧化铝性能不仅影响环氧树脂酸酐体系的粘度、填料添加量,而且杂质还影响浇注件的表观及电气绝缘性能,以及对氧化铝环氧树脂中的分散性也有很大的影响。为了改善氧化铝的物化性能以对改善环氧浇注工艺和提高浇注制件质量,本文中从粒度及粒度分布、晶体结构、微观形貌、杂质含量等方面,对比分析了电工用氧化铝填料的各项物化指标对环氧树脂浇注性能及浇注件机电性能的影响,得出合适的粒度和粒度分布、提高α相转化率、改善微观形貌、提高纯度等是提高环氧浇注用填料氧化铝性能的途径。     

成型温度对PBX装药内部质量及性能的影响

针对压制成型的PBX炸药装药,选择CT无损检测、巴西实验和扫描电镜检测等技术,对比研究了室温和加热两种温度下压制成型的炸药装药内部质量、静态力学性能和细观破坏形式。结果表明,加热压制有利于改善炸药装药的内部质量,可避免产生初始损伤,且提高了装药的力学性能。细观尺度上,室温压制成型的装药主要发生界面脱黏破坏,加热压制成型装药的主要破坏形式是穿晶断裂。     

聚(苯乙烯-二乙烯基苯)/聚氨酯浇注胶的粘接性能

采用苯乙烯、二乙烯基苯对聚氨酯进行了改性研究，利用一步法工艺，制备了与三元乙丙橡胶具有优良粘接性能的双组分室温固化的改性浇注胶，通过正交实验确定了最优配方，并对最佳体系与ABS以及三元乙丙橡胶的粘接性能如拉伸剪切强度，剥离强度等进行了测试分析，结果表明，控制－NCO／－OH比值，低分子二元醇与聚酯多元醇的－OH摩尔比，催化引发体系用量等，可得到综合性能优异的稳定体系。当R＝1．10，α＝0．5，BPO/St=2.0%,β=0.04%,γ=30%,ε＝4％时力学性能均较佳；改性剂，交联剂的用量以及粘接时间等对体系的粘接性能影响较大，该双组分浇注胶与三元乙丙橡胶／ABS的拉伸剪切强度可达15．0MPa，剥离强度达7．4kN/m，粘接机理与传统的扩散机理，配位键理论等有所不同，遵循共轭互穿网络粘接理论。     

挤压铸造与超声处理对铸造铝锂合金组织与性能的影响

目的 研究挤压铸造与超声处理工艺对铸造铝锂合金组织与性能的影响规律,分析工艺改变对组织细化及性能提升的作用机理,解决传统重力铸造下铝锂合金性能较差的问题。方法 将挤压铸造（SC）与超声处理（UT）相结合制备Al-2Li-2Cu-0.5Mg-0.2Zr合金,在熔体超声2 min后,以50 MPa的挤压力制备合金,探究各工艺对铸造铝锂合金显微组织与力学性能的影响。结果 与传统的重力铸造（GC）相比,SC合金的孔隙率和成分偏析显著降低,晶粒尺寸也明显减小,特别是经过UT+SC处理的合金得到了进一步优化。经UT+SC处理后,Al-2Li-2Cu合金的极限抗拉强度（UTS）、屈服强度（YS）和伸长率分别为235 MPa、135 MPa和15%,与GC合金相比,分别提高了113.6%、28.6%、1 150%,与SC合金相比,分别提高了5.4%、3.8%、15.4%。结论 UT+SC工艺能明显提升铸造铝锂合金的性能。UT+SC制备的Al-Li合金的强度和伸长率的提高归因于孔隙率的降低、晶粒细化和第二相的均匀分布。将挤压铸造与超声处理相结合制备铸造铝锂合金解决了重力铸造下合金性能较差的问题,为满足航...     

不同底材对亚微米亚共晶白口铸铁组织和力学性能的影响

通过铝热反应法分别在铜底材和玻璃底材上制备了亚微米亚共晶铸铁。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及电子探针对亚共晶铸铁的组织及成分进行了研究。测试了亚共晶铸铁的硬度、压缩性能和拉伸性能。结果表明:该方法制备的亚共晶铸铁是由渗碳体以及珠光体组成,铜底材和玻璃底材亚共晶铸铁的平均珠光体层间距分别为220nm和165nm。铜底材和玻璃底材亚共晶白口铁的维氏硬度分别为564HV和552HV,抗压强度分别为2429MPa和2224MPa,抗拉强度分别为391MPa和383MPa,伸长率分别为2%和3%。     

双重退火对ZTC18铸造钛合金组织及性能的影响

目的 研究ZTC18合金双重退火热处理时合金微观组织和力学性能的变化规律。方法 通过对ZTC18合金熔模精密铸造拉伸试棒试验件进行双重退火热处理实验,对比不同热处理工艺铸件的微观组织和力学性能,分析其变化规律。结果 不同的双重退火温度下,晶粒尺寸无明显变化,随着第2级退火温度升高,晶粒内部初生α相由长针状逐渐变化为棒状及等轴颗粒,次生α相逐渐减少,合金的强度随第2级退火温度升高而降低,塑性则呈增加趋势。结论 通过双重热处理可以达到调整合金强度塑性比的目的,对比HIP后的室温拉伸数据,在二级退火温度为610和590 ℃的试样（空冷或炉冷）的强度和塑性综合匹配性较好,抗拉强度能够达到1100 MPa,伸长率大于11%。     

微量B元素对铸造Ti2AlNb合金组织与力学性能的影响

目的 研究微量B元素对铸造Ti2AlNb合金组织和力学性能的影响,优选出适合铸造工艺的Ti2AlNb合金成分,为推进铸造Ti2AlNb合金的应用提供理论和数据支撑。方法 以Ti–22Al–25Nb(原子数分数,下同)、Ti–22Al–24Nb–0.1B、Ti–22Al–24Nb–0.2B合金为研究对象,采用光学显微镜、扫描电镜研究不同B含量合金铸态、热等静压态的宏、微观组织及析出相形态。采用XRD分析合金的物相组成,室温拉伸性能测试评价力学性能,通过扫描电镜观察拉伸断口,分析微量B元素对力学性能产生影响的原因。结果 添加微量B元素可以明显细化Ti–22Al–25Nb合金的晶粒尺寸,随着B元素原子数分数增加至0.2%,晶粒尺寸由958 μm减小至548 μm。B元素在合金中主要以固溶态、TiB和TiB2针片状析出相形式存在,随着B含量的增加,硼化物长度和厚度尺寸略微增加、体积分数由0.3%增加至0.8%。0.1B合金的室温屈服强度、抗拉强度和伸长率与原合金水平相当,0.2B合金的屈服强度提升,但其抗拉强度和伸长率均降低。断口分析显示,0.2B合金塑性降低是硼化物增多、集中分布引起脆性断裂所致。结论 综合B元素对流动性的改善效果,优选出适合铸造工艺的合金成分为Ti–22Al–24Nb–0.1B。     

挤压对AZ91铸造镁合金力学性能的影响

对挤压变形前后的AZ91镁合金进行了微观组织和力学性能研究.结果表明:挤压成形后合金的抗拉强度和塑性均得到提高;孪晶的产生,导致挤压合金室温压缩的应力-应变曲线上有屈服平台出现;晶粒尺寸强烈影响合金的强度.室温时,挤压合金的流变强度较铸态的高,而高温压缩的强度则较铸态的低.     

球墨铸铁机械性能的优化模型

通过对球墨铸铁机械性能影响因素的分析，指出在一定的生产条件下，球墨铸铁的机械性能主要取决于组织、成分。利用Matlab中的Neural Network Toolbox仿真环境和BP模型算法建立了球墨铸铁机械性能的优化模型，详细论述了模型结构的设计、数据处理、网络初始化、训练与仿真的过程。该方法对提高球墨铸铁的机械性能具有积极作用。