一种高强钛合金靶材的穿甲损伤行为

采用一种钛合金靶材进行穿甲侵彻实验,通过弹坑解剖分析钛合金靶板穿甲破坏形貌,研究了该高强度钛合金靶板的损伤行为。结果表明:开坑阶段,弹丸头部比较容易进入靶板内部,在靶板表面首先产生金属堆积,没有发生过热的金属熔化现象。弹丸进入稳定侵彻阶段,形成绝热剪切带。绝热剪切带形成后,和周围材料不协调,成为微裂纹和微孔洞的起源。在一定的条件下,裂纹沿绝热剪切带萌生、扩展,形成了沿整个绝热剪切带的大裂纹,最终在穿孔表面形成碎片,从靶板上脱离,造成靶板的破坏。     

钨合金杆式弹侵彻45~#钢变形失效行为的数值分析

高速撞击条件下,弹、靶材料的变形失效机制是穿甲侵彻机理研究的重要内容,利用ANSYS/LS-DYNA动力学程序对钨合金杆式弹侵彻45#钢板进行数值模拟。结果表明,撞击瞬间,强压缩冲击波沿弹芯和靶板的撞击接触面分别向弹芯和靶板内部传递,波后的等效应力超过材料的强度极限,因而发生剧烈塑性变形甚至破碎。侵彻过程中,钨合金弹芯前端3mm～4mm处热软化效应显著,应力强度发生塌陷,导致塑性变形流动而形成"蘑菇头"。45#钢的破坏方式主要是延性扩孔,对应弹、靶材料的塑性变形较均匀,整个侵彻不发生绝热剪切局部化行为。     

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.     

穿甲过程中钨合金杆式弹失效模式及数值模拟

为深入研究钨合金杆式弹穿甲侵彻过程中的变形、失效模式,利用扫描电镜和有限元数值模拟,观测、分析钨合金残余弹芯头部剖面显微组织的变形演化。结果表明:穿甲侵彻过程中,钨合金弹芯头部发生剧烈的塑性变形而呈"蘑菇头"形状,钨晶粒被严重压扁,表出现良好的动态塑性。弹芯"蘑菇头"前端垂直侵彻方向1mm处产生绝热剪切带,剪切带内W颗粒和W-W界面上均有微裂纹产生,并表现出溶化现象。数值模拟表明,钨合金在侵彻过程中"蘑菇头"不断形成和脱落,弹芯因此发生销蚀而逐渐变短。弹芯"蘑菇头"处材料剧烈变形如同塑性流动,变形局部化主要出现在"蘑菇头"两侧边缘或前端垂直于侵彻方向处。     

挤压态钨合金绝热剪切局域化及微裂纹萌生现象研究

研究变形量对挤压态钨合金动态力学行为的影响及钨合金绝热剪切带内的微观开裂行为。结果表明,加载方向垂直于纤维取向时,随变形量由0增加至40.8%,挤压态钨合金绝热剪切敏感性显著增大;由对钨合金绝热剪切带内微观组织的SEM观察可知,靠近绝热剪切带中心处出现在微裂纹且微裂纹萌生于W-M界面及W颗粒内部;进一步的TEM观察可知,剪切带内W-M界面处存在大量的位错塞积,W颗粒中则出现亚晶内部及沿亚晶界扩展的微裂纹     

高应变率下铀铌合金的断裂组织特征

对经过内部爆破加载后产生的U-Nb合金破片进行了断口形貌、金相组织等微观分析。结果表明：U-Nb合金在爆炸加载下的断裂方式为剪切断裂；破片组织内部发现因高速应变引起的大量的绝热剪切带，靠近绝热剪切带的基体晶粒发生明显的拉长变形：破片中存在大量的微裂纹，裂纹沿着绝热剪切带扩展，当与沿壳体环向的拉应力形成的纵向主裂纹相交汇时，形成破片。     

TC4纤维增强铝复合材料的高速撞击损伤行为

针对航天器空间碎片防护材料需求,采用二维编织的TC4纤维作为增强体制备了(2D-Tif)/Al复合材料,并采用二级轻气炮研究了复合材料在高速粒子撞击下的损伤行为及其组织演变规律。结果表明,(2D-Tif)/Al复合材料靶板的破坏以侵彻穿深为主,背面产生了带裂纹的鼓包或发生略微崩落;其抗高速撞击能力优于等厚的LF6基体合金,平均吸能能力比基体合金提高了8.4J。复合材料内部的基体合金在高速粒子撞击下被严重挤压变形,在远离弹坑部位,基体合金变形减轻,缺陷以微裂纹和微孔洞为主。高强韧Ti纤维的加入起到了承载和吸能作用,有效减缓了基体合金的变形,并抑制了基体合金中绝热剪切带的形成。     

Y2O3对93WNiFe合金自锐性的影响

为了提高传统93WNiFe合金在侵彻装甲时的自锐化能力，采用粉末冶金的方法，在传统93WNiFe合金中加入了少量的Y2O3，经过1200℃氢气氛中预烧和1480℃烧结以及1100℃的真空退火热处理后烧结成为93W-Y2O3合金，其密度达到了理论密度的98．74％。静态力学性能测试结果表明：室温下抗拉强度为891MPa，延伸率为20％，保证了其作为穿甲弹战斗部用钨合金材料的基本力学性能；动态力学性能测试结果表明：在应变为0．28，应变率为3500s^-1时，93W-Y2O3合金内部出现了明显的裂纹及大量的微裂纹，而裂纹源正是起始于粘结相中的Y2O3陶瓷相。因此，在93W合金粘结相中形成的弥散Y2O3陶瓷相，可以作为钨合金中微裂纹的萌生源来诱发钨合金的剪切失效，进而可以提高对绝热剪切不敏感的93WNiFe合金材料的自锐化能力。     

钨合金性能对侵彻影响的数值模拟

采用LS-DYNA有限元软件建立钨合金高速侵彻Q235钢板过程的有限元分析模型(FEM),获得钨合金弹头侵彻过程速度变化及钨合金弹头变形、损伤和破坏演变规律,系统研究钨合金性能对侵彻过程的影响,表明钨合金密度、屈服强度和失效应变对弹头侵彻速度和破坏方式有显著影响,而钨合金硬化参量和应变率敏感系数的影响相对较小。研究结果有助于加深钨合金侵彻过程的认识,同时为制备侵彻性能优异的钨合金也提供了理论依据。     

钨合金在高速加载条件下的动态力学性能和失效机理

钨合金与贫铀弹相比,在穿甲过程中由于形成“蘑菇头”而不能形成很好的绝热剪切带而使其穿甲性能不及贫铀弹.钨合金在高速冲击加载下的动态力学性能和失效决定着钨合金穿甲性能,为此,本文综述了十多年来国内外对钨合金在高速冲击加载下的动态力学性能和失效机理的研究现状.     

细晶93W-4.9Ni-2.1Fe合金动态压缩下绝热剪切带的形成及其特征

利用分离式Hopkinson动态压缩装置对添加0.03%Y2O3(质量分数, 下同)的细晶93W-4.9Ni-2.1Fe合金试样进行动态力学性能测试,观察分析了动态压缩后合金试样的显微组织。结果表明：在应变速率为1900 s-1下,合金沿着与冲击方向成45o的方向形成了明显的绝热剪切带,宽度10~25 μm。说明该合金对局部绝热剪切的敏感性大大提高且能在相对较低的应变速率下发生绝热剪切。同时位于剪切带中心区域的钨颗粒沿着其扩展方向被剧烈拉长成纤维状,表现出塑性流动局域失稳的特征     

冲击载荷作用下钨合金材料绝热剪切带形成机理

对钨合金材料在受冲击载荷作用下绝热剪切带形成机理进行了研究,重点考察了受力条件的影响,用分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆装置对阶梯圆柱形、哑铃形和直圆柱形钨合金试件进行了冲击加载,利用光学显微镜对冲击后的试件进行了显微组织观察。用ＡＢＡＱＵＳ大型数值分析软件对试件进行有限元分析,材料模型采用热粘塑性形式的Ｊｏｈｓｎｏｎ－Ｃｏｏｋ模型,实验和数值计算结果表明：受力条件对钨合金材料的变形、损伤（微型纹和绝     

The Effects of Specimen Geometry on the Plastic Deformation of AA 2219-T8 Aluminum Alloy Under Dynamic Impact Loading

The effects of specimen geometry on shear strain localization in AA 2219-T8 aluminum alloy under dynamic impact loading were investigated. The alloy was machined into cylindrical, cuboidal and conical (frustum) test specimens. Both deformed and transformed adiabatic shear bands developed in the alloy during the impact loading. The critical strain rate for formation of the deformed band was determined to be 2500 s^?1 irrespective of the specimen geometry. The critical strain rate required for formation of transformed band is higher than 3000 s^?1 depending on the specimen geometry. The critical strain rate for formation of transformed bands is lowest (3000 s^?1) in the Ø5 mm × 5 mm cylindrical specimens and highest (> 6000 s^?1) in the conical specimens. The cylindrical specimens showed the greatest tendency to form transformed bands, whereas the conical specimen showed the least tendency. The shape of the shear bands on the impacted plane was also observed to be dependent on the specimen geometry. Whereas the shear bands on the compression plane of the conical specimens formed elongated cycles, two elliptical shaped shear bands facing each other were observed on the cylindrical specimens. Two parallel shear bands were observed on the compression planes of the cuboidal specimens. The dynamic stress–strain curves vary slightly with the specimen geometry. The cuboidal specimens exhibit higher tendency for strain hardening and higher maximum flow stress than the other specimens. The microstructure evolution leading to the formation of transformed bands is also discussed in this paper.     

Adiabatic shear banding of hot-extruded tungsten heavy alloy under cryogenic temperature

The effect of cryogenic temperature on adiabatic shear banding (ASBing) of tungsten heavy alloy (WHA) processed by hot-hydrostatic extrusion was investigated.Results show that,when the initial temperature is decreased,the dynamic flow stress,the critical failure time,and the dynamic failure energy of specimens show an increasing tendency,while the susceptibility to ASB of WHA shows a decreasing tendency,which is characterized by decreased shear strain and increased width of shear bands.Microstructure analysis shows that the number of microcracks within ASB exhibits an increasing tendency with decreased initial temperature,and the dynamic recrystallization (DRX) process within ASB is evidently suppressed at the lower temperature.As a result of the lower temperature,the motion and rearrangement of dislocation are effectively suppressed,which is mainly responsible for the incomplete DRX process within ASB and decreases susceptibility to ASB.     

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。     

粉末烧结钨合金材料的绝热剪切变形局域化实验研究

在分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆装置上对斜圆柱粉末烧结钨合金试件进行了冲击实验,实验中观察到试件的宏观破断现象;用光学和扫描电子显微镜观察到钨合金中出现绝热剪切带这一变形局域化现象。实验结果表明,钨颗粒的形状和空间取向对钨合金剪切变形形式有明显的影响。     

Effect of equal-channel angular pressing routes on high-strain-rate deformation behavior of ultra-fine-grained aluminum alloy

The effect of equal-channel angular pressing (ECAP) route on the high-strain-rate deformation behavior of ultra-fine-grained aluminum alloy was investigated. The 8-pass ECAPed specimens deformed via three different routes consisted of ultra-fine grains 0.5 μm in size, and contained a considerable amount of second-phase particles, which were fragmented and distributed in the matrix. In the torsion tests, the maximum shear stress significantly increased with increasing number of ECAP passes, while the maximum shear stress and fracture shear strain were lowest in the specimen deformed via route A among the three 8-pass ECAPed specimens. Observation of the deformed area beneath the fractured surface revealed the adiabatic shear bands of 100 μm in width in the specimen deformed via route A, which minimized the maximum shear stress and fracture shear strain, whereas they were hardly formed in the specimens deformed via route B or C. The formation of adiabatic shear bands was explained in terms of critical shear strain, deformation energy required for void initiation, and microstructural homogeneity related to ECAP routes.     

高应变率下热挤压态细晶钨合金的动态力学性能及失效行为

采用快速热挤压技术对细晶93W-4.9Ni-2.1Fe-0.03Y%进行变形强化,研究了高应变率下挤压态细晶钨合金动态力学性能及失效行为。结果表明:在较低应变速率下的挤压态细晶钨合金的屈服强度相近,约2000 MPa;断面上的钨颗粒被严重拉长直至破碎,破碎的细小钨颗粒粘附在软化的粘结相中,随着应变率的增加钨颗粒变形更加明显;剖面观察发现:沿着断裂面的钨颗粒发生了高度的剪切变形,而内部区域则基本没有变形,表现出了剪切局域化迹象。实验结果证明了挤压态细晶钨合金在动态加载条件下的失效方式是绝热剪切失效。     

TC6钛合金动态压缩变形中“应力塌陷”的形成原因

采用分离式Hopkinson Bar技术和一种新型的中断动态试验方法对TC6钛合金进行了动态压缩试验,通过光学显微镜、扫描电子显微镜分析了TC6钛合金变形到不同应变量时所产生绝热剪切带的微观形貌,通过与宏观力学响应相对应,研究了TC6钛合金在动态压缩变形中,绝热剪切带的形成过程及造成应力快速下降的原因。结果表明:在高应变率下,材料绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程;在应变率为2.5×10~3s~(-1)的动态压缩过程中,"应力塌陷"现象是由于材料内产生了大于一定尺寸的微裂纹所致。