大长径比钨丝/锆基非晶材料穿甲实验研究

针对80% Vf钨丝/Zr38Ti17Cu10.5Co12Be22.5非晶复合材料弹芯,在1300m/s~1700m/s撞击速度区间开展了侵彻30CrMnMo钢板实验研究,并与普通钨合金进行了对比。研究发现由这种材料制成的弹芯在高速侵彻时形成完全不同于钨合金和铀合金的侵彻特性,主要表现在：(1)在高速撞击条件下,钨丝/锆基非晶复合材料弹芯先后发生非晶气化、弹芯外侧钨丝屈曲和弯曲断裂、钨丝回流现象,使弹芯在侵彻过程中保持自锐,并且其侵彻能力高于普通93钨合金;(2)从弹、靶的破坏分析可知,这种复合材料在高速侵彻过程中形成自锐的同时,由于非晶气化,一方面会造成钨丝的动态屈曲与劈裂、弹芯刚度降低、侵彻分叉,会使侵彻过程中靶板抗力不对称,产生弹道弯曲等现象,相对减弱自锐性效果;另一方面,非晶气化导致回流的钨丝在弹坑侧壁产生沟槽划痕,气化形成的高压气体作用在弹坑划痕沟槽处易形成贯穿性裂纹,利于二次杀伤。     

钨丝/锆基非晶复合材料长杆体弹芯穿甲实验研究

针对体积分数为80%的钨丝/Zr_(38)Ti_(17)Cu_(10.5)Co_(12)Be_(22.5)非晶复合材料长杆体弹芯,开展了在1300~1700 m/s撞击速度下侵彻30CrMnMo钢板的实验研究,并与普通钨合金弹芯进行了对比。研究发现,由这种材料制成的弹芯在高速侵彻时形成完全不同于钨合金和贫铀合金的侵彻特性,主要表现在:(1)在高速撞击条件下,钨丝/锆基非晶复合材料弹芯先后发生非晶气化、弹芯外侧钨丝屈曲和弯曲断裂、钨丝回流现象,使弹芯在侵彻过程中保持自锐,并且其侵彻能力高于普通93钨合金;(2)这种复合材料在高速侵彻过程中,由于非晶气化,一方面会造成钨丝的动态屈曲与劈裂、弹芯刚度降低、侵彻分叉,会使侵彻过程中靶板抗力不对称,产生弹道弯曲等现象,相对减弱自锐性效果;另一方面,非晶气化导致回流的钨丝在弹坑侧壁产生沟槽划痕,气化形成的高压气体作用在弹坑划痕沟槽处易形成贯穿性裂纹,利于二次杀伤。     

钨丝直径对锆基复合非晶材料穿甲性能的影响

针对4种不同直径钨丝/锆基非晶复合材料弹芯,在(1270±40)m/s撞击速度,开展了侵彻均质半无限装甲钢板实验研究,并与普通钨合金进行了对比。研究发现,在相同的制备工艺条件下,钨丝直径对该复合材料弹芯侵彻效果影响较大,主要表现:(1)在理想侵彻的条件下,钨丝直径对该种材料的侵彻性能影响较大,弹丸侵彻深度和钨丝直径关系曲线是凸的,Φ0.7 mm钨丝方案丸侵彻深度最大,最大侵彻深度为55 mm,相对于钨合金材料威力提高了25%,其根本原因是Φ0.7 mm钨丝方案在侵彻过程中呈现与铀合金类似的绝热剪切破坏特征,弹坑底部呈现90o的自锐角。(2)钨丝直径对弹芯在高速条件下的侵彻体头部破坏形式有着重要的影响,随着钨丝直径的增加,其头部的破坏模式随直径变化存在一个从变形+劈裂+弯曲+断裂的复合破坏模式到绝热剪切破坏演变过程,然后又从绝热剪切向复合模式破坏转变。     

Ti-6Al-4V合金两次侵彻弹着点损伤及组织演化

利用装甲钢平头弹丸垂直侵彻Ti-6A1-4V合金靶板,分析相同弹道学条件下,两次侵彻同一靶板不同位置材料的微观组织与弹着点损伤演化特征.研究靶板两次侵彻损伤程度和一次侵彻对再次侵彻造成的影响.结果表明,两次侵彻形成的剪切带都萌发于靶板与受力方向成45°角方位.第1次侵彻形成的剪切带较短,剪切带有弯折与扭转,剪切带在与受力方向成45°角萌发后沿浅表面向30°角方向扩展.第2次侵彻形成的剪切带较长,剪切带内孔洞相连,剪切带在与受力方向成45°角方位形成后向平行于受力方向纵深发展.第2次剪切损伤大于第1次剪切损伤的主要原因是第1次侵彻过程中靶板局部区域形成了绝热剪切带,从而引起了靶板材料强度增高、残余应力呈不均匀分布以及笫2次侵彻过程中残余应力与应力叠加、局部应变硬化以及应变率硬化所致.     

速度和钨丝直径对钨丝/锆基非晶复合材料侵彻性能的影响

为了研究高速撞击条件下含不同直径钨丝/锆基非晶复合材料弹芯的侵彻特性,使用含有四种不同直径钨丝的复合材料弹芯在1000m/s~1600m/s的速度区间进行穿甲试验。研究发现：钨丝/锆基非晶复合材料弹坑直径比钨合金小10%以上,“自锐”效果明显;理想侵彻时,存在一个阀值速度,钨丝/锆基非晶复合材料在低于该速度侵彻时,其侵彻过程中的破坏模式为类似于贫铀合金的绝热剪切破坏,而高于该阈值速度时,破坏模式变成钨丝的屈曲、回流,而且该阀值速度随着复合材料中钨丝直径的增加而增加;钨丝/锆基非晶复合材料中钨丝的直径会影响着其侵彻过程中的稳定性,钨丝直径越大,该复合材料在侵彻过程中越容易出现劈裂等破坏,导致弹道偏转等。     

着靶速度和钨丝直径对钨丝/锆基非晶复合材料弹芯侵彻性能的影响

为了研究高速撞击条件下含不同直径钨丝/锆基非晶复合材料弹芯的侵彻特性,使用含有4种不同直径钨丝的复合材料弹芯在1000~1600 m/s的速度区间进行穿甲实验。研究发现:钨丝/锆基非晶复合材料弹坑直径比钨合金小10%以上,"自锐"效果明显;理想侵彻时,存在一个阈值速度,钨丝/锆基非晶复合材料弹芯在低于该速度侵彻时,其侵彻过程中的破坏模式为类似于贫铀合金的绝热剪切破坏,而高于该阈值速度时,破坏模式变成钨丝的屈曲、回流,而且该阈值速度随着复合材料中钨丝直径的增加而增加;钨丝/锆基非晶复合材料弹芯中钨丝的直径会影响其侵彻过程中的稳定性,钨丝直径越大,该复合材料弹芯在侵彻过程中越容易出现劈裂等破坏,导致弹道偏转等。     

Wf/Zr基非晶复合材料的弯曲断裂行为

采用Instron试验机和SEM研究了钨丝（Wf）增强锆基非晶复合材料的弯曲断裂行为,并与纯非晶合金进行了比较。结果表明,两种材料具有不同的断裂行为：块体非晶在最大应力处产生裂纹,并向内部呈辐射状扩展,弯曲断裂强度为2900MPa;复合材料在界面处产生应力集中,并向周围扩展穿过钨丝断裂,弯曲断裂强度为2000MPa。     

热处理对钨丝增强灰铸铁基复合材料力学性能和组织的影响

研究了铸态和热处理态两种情况下的钨丝增强灰铸铁基复合材料,热处理的温度分别为1000℃和1100℃。利用扫描电镜、显微硬度计及三点弯曲等手段对复合材料的组织和性能进行了分析和检测。三点弯曲的试验结果表明,与没有增强的铸铁相比,钨丝增强的铸铁基复合材料具有较高抗弯强度和弯曲模量,且抗弯强度随着热处理温度的升高而增加。在热处理过程中,由于增强体和基体之间的扩散反应,基体中石墨片数量明显降低;一些较高硬度的碳化物颗粒出现在未反应的钨丝周围。不但基体和增强体的硬度发生了变化,而且增强体的区域扩大了。     

钨丝增强铜基复合材料超高速撞击后的微观损伤

通过渗流铸造的方法将Cu78Al10Fe6Ni6合金与钨丝复合制备出Wf/Cu78Al10Fe6Ni6复合材料。采用二级轻气炮进行Wf/Cu78Al10Fe6Ni6复合材料弹体超高速侵彻混凝土靶的实验,实验速度为2.4km/s。借助透射电镜对侵彻后剩余弹体的微观组织进行观察,由于侵彻过程中高温高压的作用,剩余弹体的不同区域出现了不同的微观组织,从弹头到弹尾依次出现了非晶组织、再结晶、孪晶、层错和位错。非晶组织是由于弹体在撞击过程中产生的高温使基体铜合金发生了熔化而后又快速凝固产生的,再结晶组织是由于基体铜发生了旋转动态再结晶而产生的,孪晶、层错、高密度位错是由于弹体在侵彻过程中受到大的动载荷冲击发生严重塑性变形而产生的。     

钨丝直径对连续锆基非晶复合材料拉伸行为的影响

通过连续渗流方法制备出钨丝体积分数为62%~66%,钨丝直径分别为40,60,80,150μm的钨丝增强锆基非晶合金复合材料。研究表明,钨丝直径为80μm时,非晶合金复合材料的抗拉伸强度和延伸率分别达到最大值,当钨丝直径增加到150μm时,非晶复合材料的抗拉伸强度和塑性急剧降低。对断口形貌进行了分析。研究发现钨丝增强非晶复合材料中,增强相直径不同引起面体率变化,从而影响非晶和钨丝界面的应力、钨丝在三轴应力状态下的变形和断裂以及非晶基体中剪切带的形成和扩展,最终影响复合材料的拉伸力学性能。     

高强高机械阻尼的W/NiTi(Nb)形状记忆合金复合材料

通过真空感应熔炼、锻造及拔丝工艺制备了成分源于Ni48Ti46Nb3W3(原子分数)的W/NiTi(Nb)形状记忆合金原位自生复合材料,采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪及拉伸试验机研究了其微观组织结构与力学性能。结果表明:复合材料丝材中W呈横截面为片状的亚微米级纤维,且沿丝轴向均匀分布在NiTi(Nb)基体中,两组元界面结合良好;该复合材料丝材在室温下平台应力达1.2GPa,并呈现高机械阻尼性能。     

NiTi-Nb原位复合材料的准线性超弹性变形EI北大核心CSCD

据文献报道,Nb纳米线增强NiTi记忆合金复合材料可展现超常的准线性超弹特性。为揭示该准线性超弹特性的产生和变形机制,通过真空感应熔炼、锻造、拔丝方法原位合成了NiTi-Nb复合材料丝材。TEM显微分析表明,Nb纳米线沿丝材轴向平行分布在纳米晶NiTi基体中。该材料在经历一次9%的预变形后会展现准线性超弹特性,其屈服强度达1.7 GPa,表观Young's模量约34 GPa,准线性超弹性应变接近5.5%。同步辐射高能X射线原位拉伸实验结果表明,准线性超弹性的产生与以下2点原因有关:(1)复合材料经历预变形后,Nb纳米线和NiTi基体间会产生耦合力,再次加载时,NiTi所受的耦合拉应力可以将局部区域应力诱发马氏体相变所需的外应力降低到零附近,并且耦合力越大,加载初期的相变速率越高,经过适当的预变形后,加载初始就能够持续发生高速率相变;(2) NiTi中耦合拉应力呈梯度分布,使相变应力-应变曲线不再是常见的“平台型”,转变为“硬化型”斜线。     

Effect of size and shape of tungsten particles on penetration performance in tungsten heavy alloys

The effects of the size and shape of tungsten particles on dynamic torsional properties in tungsten heavy alloys were investigated. Dynamic torsional tests were conducted on seven tungsten alloy specimens, four of which were fabricated by repeated sintering, using a torsional Kolsky bar, and then the test results were comparedvia microstructure, mechanical properties, adiabatic shear banding, and deformation and fracture mode. The size of tungsten particles and their hardness were increased with the increasing of the sintering temperature and time, thereby deteriorating the fracture toughness. The dynamic torsional test results indicated that a cleavage fracture occurred predominantly with little shear deformation in the specimens whose tungsten particles were coarse and irregularly shaped whereas shear deformation was concentrated into the center of the gage section in the conventionally fabricated specimens. The deformation and fracture behavior of the specimens having coarse tungsten particles correlated well with the observation of thein situ fracture test results,i.e., cleavage crack initiation and propagation. These findings suggested that there would be an appropriate tungsten particle size condition in the penetration performance since the cleavage fracture mode would be beneficial for the self-sharpening of tungsten heavy alloys.     

金包银复合键合丝的组织演变及变形行为

采用金相显微镜、双束离子显微镜、高低温拉力仪及纳米压痕仪对不同真应变条件的金包银复合键合丝的组织和力学性能进行表征,研究了金包银复合键合丝的组织结构演变、力学性能及变形行为特点。结果表明：金包银复合键合丝的银合金芯材沿着拉伸方向从胞状树枝晶演变为纤维组织,靠近界面的过渡层始终保持细小的等轴晶或球状晶粒,金包覆层在变形过程中均匀连续。各组分在变形过程中尺寸变化不一致,拟合后的尺寸变化常数与试样直径的变化不成正比。显微硬度、抗拉强度、延伸率均随着变形量的增加而增大。在单轴拉伸过程中,金包银复合键合丝组分之间相互制约,使单向拉应变变为复杂的二维应力状态,交替变化的应力状态可抑制裂纹的形核,提高材料的塑性和韧性。     

High-temperature compression behavior of W–10 wt.%Cu composite

Hot deformation behavior of tungsten–copper (W–Cu) composite at elevated temperature was investigated by hot-compression testing using a Gleeble 3500 thermo-mechanical simulator. W–10%Cu composite was fabricated by copper infiltration on porous tungsten skeleton (CIT) method. The porous tungsten skeleton was prepared by powder injection molding (PIM) process using tungsten powders and wax-polymer binder system. The hot deformation equations for W–10%Cu composite were determined through strain–stress relations at elevated temperatures, where the strain rate is related to static stress, deformation temperature and activation energy. The effects of deformation temperature and strain rate on the mechanical properties of W–10 wt.%Cu composite were investigated through flow strain–stress curves at elevated temperatures and its microstructures before and after deformation.     

NiTi-W原位复合材料的马氏体相变与性能

为获得高性能NiTi基记忆合金复合材料,通过熔炼、锻造、拔丝等手段获得一种NiTi-W原位复合材料。利用SEM扫描电镜观察材料显微组织;DSC测试材料的马氏体相变行为;利用WDT II-20万能拉伸试验机测试材料的力学性能。SEM分析结果显示,拔丝加工使W纤维直径细化至几微米,甚至亚微米级别,在NiTi基体中沿拔丝方向一致排布。DSC测试结果显示,材料经不同温度退火后展现出复杂的可逆马氏体相变行为,在某些升、降温曲线上出现多个吸放热峰现象。拉伸测试结果显示,600 ℃退火样品经适当的预拉伸变形后,屈服强度会大大增加,由~200 MPa提升到~800 MPa,断裂应力超过1 GPa,断裂应变高达40%,材料展现出优秀的线性超弹性,是一种集高强度、高塑性、高线性超弹性于一身的高性能材料。     

钨增强块体非晶复合材料的研究进展

钨增强块体非晶复合材料属于一种新型材料,具有高强度、高硬度和耐磨损等优质性能,而且还具有非常优越的穿甲性能,在国防军事上有广阔的应用前景。所以国内外学者对钨增强块体非晶复合材料的制备方法、准静态和动态的力学性能和侵彻穿甲方面进行了广泛的研究,研究表明,钨增强块体非晶复合材料的性能与增强相钨的形态、体积分数、直径、环境温度、应变速率等密切相关。本文综述了钨增强块体非晶复合材料的国内外研究现状,并对其制备方法、力学性能和侵彻穿甲性能3个方面在不同影响因素下的差异性进行了总结和归纳,同时对未来的研究工作和方向进行了展望。     

三类镍单晶纳米材料的力学行为与性能

基于镶嵌原子势采用分子动力学方法研究了纳米镍单晶一维纳米丝、二维纳米薄膜和三维纳米固体的拉伸变形破坏过程和力学行为与性能,分析了3类典型纳米金属材料的本征应力、初始能量状态和变形机制以及破坏过程中的能量和应力变化,讨论了自由表面对纳米金属材料力学行为和性能的影响。模拟得到镍单晶纳米丝、薄膜和三维固体的弹性模量分别为145.45、186.6和122.03 GPa;断裂强度分别为22.293、21.08和19.98GPa;纳米丝和固体的破坏中出现短暂屈服,屈服强度分别为14.451和13.67 GPa,纳米薄膜的断裂无屈服。     

空心钨极同轴填丝焊接丝弧交互作用机制

空心钨极同轴填丝焊接焊丝与电弧(丝-弧)交互过程是决定焊接质量的关键.首先利用高速摄像观察分析了空心钨极电弧与实心钨极电弧形态,及其对焊缝成形特征的影响规律,然后构建了熔丝过程受力模型,系统分析了同轴填丝焊接过程中熔滴形成及过渡过程动力学特征.结果表明,空心钨极电弧表面辐照区域大于实心钨极,在大电流工艺条件下焊缝成形稳定;熔滴形成阶段,焊丝末端熔滴处于静力平衡状态,在较大表面张力作用下,无法自发从焊丝末端直接过渡进入熔池;熔滴过渡阶段,部分电流从焊丝流过,产生电磁收缩力,引起焊丝与熔池之间的熔滴摆动.