W骨架/Zr基非晶合金复合材料动态力学特性研究

利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)和SEM、XRD等测试方法研究了W骨架/Zr基非晶合金复合材料的动态力学性能及断裂模式。结果表明,复合材料具有较高的动态压缩强度,在采用0.8MPa打击压力时动态压缩强度接近1900MPa。复合材料的断裂包括沿W/W界面、W/非晶界面开裂以及W颗粒解理几种断裂模式,W骨架的特性和材料的交叉网络结构提升了整体塑性。     

SiC/Zr基非晶复合材料的动态断裂特性研究

利用Hopkinson压杆冲击加载装置和扫描电子显微镜(SEM),对SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料圆柱形试样进行了相关的应力-应变响应和动态断裂特征及断口形貌的研究。结果表明:SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料的动态压缩强度随冲击压力的增大而递增,当冲击压力为0.6 MPa时,复合材料的动态压缩强度为855 MPa;断裂表面呈现典型的结晶状断口,断裂模式为脆性断裂和劈裂混合破坏模式;非晶基体在动态压缩条件下出现了显著的热软化和熔化特征。     

钨丝增强锆基非晶合金复合材料动态变形特征研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对体积分数为60%和80%的钨丝增强锆基非晶合金复合材料进行了动态压缩实验,采用 X 射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了复合材料的原始组织以及动态变形特征和断口形貌。结果表明:在动态压缩载荷作用下,W 丝/Zr 基非晶复合材料没有明显的屈服现象即发生断裂;试样的动态压缩强度随着钨丝体积分数的增加而增加,体现了钨丝增强体对复合材料显著的强化作用;试样发生剪切断裂和纵向劈裂,在变形过程中钨丝发生劈裂并有屈曲失稳和翘起,非晶基体表现为软化后的脉状花样和脊状形貌,钨丝体积分数的不同,复合材料呈现出不同的断口特征。     

钨骨架/Zr基非晶复合材料准静态断裂特征研究

研究了用渗流铸造法制备的钨骨架/Zr基非晶复合材料在1.4×10-2s-1应变率条件下的力学性能与变形断裂特征。试验发现钨骨架/Zr基非晶复合材料在准静态压缩条件下具有很高的压缩强度(3300～3500MPa)和良好的塑性变形能力(50%～60%)。利用SEM研究压缩后试样的微观组织形貌,发现钨骨架与非晶相的相互嵌套改变了非晶和钨骨架二者各自的变形机理与断裂模式。非晶相阻碍了钨骨架中裂纹的扩展,钨骨架抑制了非晶相中大面积流变的发生。复合材料的断裂表现为一种混合断裂模式,其中非晶相的断裂为局部软化后的撕裂。     

W/Cu复合材料的初步研究

初步研究了先将W丝镀Cu然后再热压的制造W/Cu复合材料的工艺。由于冷拔态W丝在1123K以上强度即下降,且强度下降的程度随加热时间的延长而加剧,因此,W/Cu复合材料的热压温度不宜超过1123K,热压时间以30～60分钟为好。适当的热压工艺参数可以制备出高性能的W/Cu复合材料,其拉伸强度大都可达80～90%的ROM值。     

复杂应力动态加载下颗粒增强复合材料失效模式研究

为解决战斗部颗粒增强复合材料因装药损伤引起局部"热点"而发生提前起爆问题,对颗粒增强复合材料在复杂应力动态加载下的损伤特性进行研究。基于一级轻气炮,对颗粒增强复合材料在三轴向冲击载荷作用下的损伤失效模式进行试验研究,分析轴向和径向边界约束条件对颗粒增强复合材料宏观损伤形式的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)探索冲击载荷与细观损伤模式的内在关联。结果表明:颗粒增强复合材料宏观损伤特性主要表现为挤压变形;晶体颗粒表面与黏结剂剪切脱黏强度约为0.3 MPa,在较小冲击载荷作用下,颗粒表面与黏结剂已产生剪切脱黏,随冲击载荷的增大,出现晶体颗粒"孪晶带",大尺寸颗粒易受到应力集中影响,先于小尺寸颗粒发生断裂破坏,急剧冲击波能量迫使颗粒表面微裂纹发生断裂,从而演变成整个颗粒破碎情况,甚至部分出现融化现象。     

退火工艺对钨丝/锆基非晶合金复合材料动态力学性能及断裂模式的影响

研究了体积含量为60％的钨丝/锆基复合材料在经过退火处理后,材料的应力-应变响应和动态断裂特征以及断口形貌。利用Hopkingson压杆冲击加载装置和扫描电镜(SEM)以及X射线衍射仪(XRD),对Φ5mm×5mm的圆柱形试样进行了相关研究。研究表明,钨丝体积含量为60％的钨丝/锆基复合材料在经过退火处理后,非晶基体出现了明显的晶化现象;材料在退火后动态压缩强度比退火前有明显降低;退火后非晶基体断口形貌由退火前的完全的脉络花样转变为河流花样和脉络花样混合模式;经过动态冲击后,钨丝的断裂模式在退火前后变化大。     

(W+CeO_2)_p/2024Al复合材料锻造性能研究

采用粉末热压工艺制成的(W+CeO2)p/2024Al复合材料作为坯料,对这种复合材料进行锻造性能研究。详细描述55%和78%锻造变形量的复合材料的显微组织形貌,研究不同锻造变形量时复合材料的力学性能和断裂机制。研究分析表明,经过锻造复合材料内部组织致密、颗粒分布比较均匀,具有较高的力学性能。锻造变形量不同,复合材料内部的组织结构不同,导致材料的力学性能相差很大,材料的断裂方式也不同。变形量55%的复合材料显示出明显的韧性断裂,当变形量达到78%时呈脆性断裂。     

（W＋CeO2）p／2024A1复合材料锻造性能研究

采用粉末热压工艺制成的（W＋CeO2）p／2024A1复合材料作为坯料,对这种复合材料进行锻造性能研究。详细描述55％和78％锻造变形量的复合材料的显微组织形貌,研究不同锻造变形量时复合材料的力学性能和断裂机制。研究分析表明,经过锻造复合材料内部组织致密、颗粒分布比较均匀,具有较高的力学性能。锻造变形量不同,复合材料内部的组织结构不同,导致材料的力学性能相差很大,材料的断裂方式也不同。变形量55％的复合材料显示出明显的韧性断裂,当变形量达到78％时呈脆性断裂。     

基于Hopkinson杆试验技术的PA-GF50复合材料动态力学行为

为研究纤维含量50%短玻璃纤维增强聚酰胺复合材料PA-GF50的动态力学性能及其应变率效应,利用准静态液压试验机及分离式Hopkinson压杆、Hopkinson拉杆对标距段尺寸为6~10 mm的试样,进行了应变率范围0.000 5~1 600 s^-1的准静态压缩、准静态拉伸、动态压缩和动态拉伸试验。对试样的应力-应变曲线和最终破坏形态,材料在不同应变率下失效破坏过程的微结构力学机理进行了分析。研究结果表明：动态载荷下,材料强度明显高于准静态载荷（压缩载荷下材料在400 s^-1、900 s^-1和1 600 s^-1应变率下分别较准静态载荷下增强31%、25%和29%;拉伸载荷下材料在400 s^-1、800 s^-1和1 200 s^-1应变率下分别较准静态载荷下增强46%、47%和28%）,且失效应变有所降低;试样变形和最终破坏形态为压缩载荷下试样经历缺陷压实过程再进入弹性变形最终达到强度后失效,拉伸载荷下试样经历弹性变形达到强度后失效断裂;材料在不同应变率下的微结构机理为准静态载荷下微观裂纹扩展组合成为宏观裂纹,动态载荷下微裂纹分别扩展成为宏观裂纹;试样的宏观断口和扫描电子显微镜结果证实,材料在准静态压缩加载条件下断口较为平整,动态压缩载荷形成纤维拔出、纤维断裂等特征,准静态拉伸载荷下纤维拔出明显,而动态拉伸载荷下主要表现为纤维断裂。     

钨丝/锆基非晶合金中钨丝微观动态变形特征

研究W丝/Zr基非晶合金复合材料在高速冲击过程中材料的宏、微观响应特性,以及热效应对非晶合金基体相的作用机制,高速冲击状态下非晶合金复合材料组织演化规律。结果表明:W丝/Zr基非晶合金材料受到复杂应力的作用发生强烈的变形,钨丝存在扭曲、颈缩、劈裂、碎化等多种破坏形式;同时由于Zr基非晶合金基体特殊的约束作用,也为钨丝产生多样化的变形提供了空间,Zr基非晶合金基体与钨丝之间的相互作用机制,是钨丝出现各种变形形式的基础。     

一种新型氮化铝基复合材料的弹击损伤特征研究

无压反应浸渗制备的Si3N4/AIN-Al复合材料是一种新型的氮化铝基复合材料,本文采用压缩空气炮发射钨合金球垂直侵彻复合材料／铝复合靶,对侵彻后的复合材料的宏、微观损伤形貌进行了观察,并对复合材料的失效机制进行了分析。结果表明：弹击损伤后复合材料断口中存在压缩摩擦损伤、高速剪切失效和动态拉伸断裂三种形貌;破碎区陶瓷碎块间的压缩摩擦过程,涉及复合材料内陶瓷骨架的破碎、骨架内的铝合金局部高速变形并摩擦发热的复杂作用,在抵抗钨球侵彻的过程中起到特有的耗能作用。     

钨丝/非晶复合材料的冲击性能研究

对钨丝增强锆基非晶复合材料在不同温度下的冲击性能进行试验,研究钨丝非晶复合材料的断裂方式,与钨合金比较两者不同的断口形貌。结果表明,钨丝/非晶复合材料冲击韧性低于钨合金,但其受低温影响较小,在-40℃下的冲击功和常温相比基本不变。冲击断口主要有钨丝和非晶基体的剥离,非晶基体的断裂,钨丝的断裂(其中钨丝在横向断裂时有时伴有纵向裂纹)3种断裂方式。     

La2O3-TiC/W复合材料的制备与力学性能研究

采用粉末冶金法制备La2O3和TiC协同增强钨基复合材料,研究La2O3-TiC/W复合材料的室温力学性能。结果表明:与纯钨相比,La2O3和TiC显著提高材料的硬度、弹性模量、抗弯强度和断裂韧性;La2O3-TiC/W复合材料抗弯强度在TiC的质量分数为5%时出现最大值898MPa,断裂韧性在TiC的质量分数为10%时出现最大值10.07MPa.m1/2。质量分数为1%的La2O3与质量分数为5%的TiC协同作用时,La2O3-TiC/W复合材料具有较好的综合力学性能。     

集束钨丝壳体材料特性参数对PELE作用性能影响的数值模拟

为克服目前普遍采用的钨合金壳体横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻能力不足、靶后破片形状与数量不可控、横向毁伤效果不理想等不足,采用集束钨丝制作PELE壳体,并对其穿甲过程进行了数值模拟。与钨合金壳体PELE的作用效果进行对比,发现集束钨丝壳体PELE的侵彻能力和横向毁伤性能均优于钨合金壳体PELE;在本研究所采用PELE结构条件下,钨丝直径取0.5~1 mm、体积分数取40%~60%、粘结相选用镍铁合金时,集束钨丝壳体PELE综合毁伤能力较好。     

注射成形钨合金弹芯材料的性能与组织特征

研究开发低成本钨合金的近净成形技术是钨合金的一个重要发展方向。针对直径较大(Φ20～25mm)的钨棒弹芯和钨环散弹弹芯材料的注射成形,对粘结剂进行一系列的改进。采用一种粘度适中、流动性好、流变稳定性好的油+少量蜡组成的新型半固态塑料体系粘结剂,和多组元低分子混合溶剂快速脱除注射坯中60％以上的粘结剂,再采用热脱脂脱除其余的粘结剂,然后烧结,制备了性能很高的钨环和钨棒弹芯材料。研究了弹芯材料的性能和组织特征。结果表明,由弹芯加工成的冲击试样断口和拉伸试样断口形貌呈显著的钨晶粒穿晶解理断裂。采用注射成形工艺可以得到具有较高综合力学性能的钨合金弹芯。对于大截面的钨棒弹芯,弹芯材料的拉伸性能、延伸率和冲击性能分别达到σ_b=965MPa,δ=23％,A_k=54.4J/cm~2。     

化学气相沉积钨的组织与力学性能研究

用扫描电镜上的EBSD装置研究化学气相沉积法制备的高纯钨的晶体取向,化学气相沉积钨具有{110}〈001〉取向织构;用电子万能试验机和分离式霍普金森杆(SHPB)研究纯钨的准静态(10-3s-1)和动态(2000～5000s-1)压缩力学性能,并与等轴晶重熔钨进行对比分析,沉积钨的屈服强度由静态时的1350MPa上升到动态时的2000MPa以上,是应变率敏感材料,等轴晶纯钨的静动态屈服强度高于柱状晶沉积纯钨,柱状晶沉积纯钨有明显的应变硬化效应。沉积钨柱状晶组织的塑性变形方式除滑移外,还有大量的孪晶产生。