回火温度对50SiMnVB钢壳体形成破片性能的影响

为了获得不同回火温度条件对壳体形成破片性能的影响规律,选取3种回火温度下的50SiMnVB钢作为壳体材料,通过破片初速测定试验与水井静爆破片回收试验研究了50SiMnVB钢壳体形成破片的速度及质量分布等性能,并应用AUTODYN-3D有限元软件仿真研究了50SiMnVB钢壳体膨胀破碎形成破片的过程及破片速度、质量变化规律。研究结果表明,随着回火温度的不断升高,50SiMnVB钢壳体的破碎程度随之降低,形成破片的总数逐渐减少,但质量在1.0 g以上的有效破片数目逐渐增加,相对提高了77.4%,而不同回火温度条件对50SiMnVB钢壳体形成破片初速影响不大。     

40CrMnSiB钢圆柱壳体膨胀断裂中间状态回收试验研究

针对回火温度条件对金属圆柱壳体膨胀断裂动态过程的影响问题,设计了冻结回收试验,用于回收处于膨胀断裂状态的金属壳体断裂形貌。以200 ℃、350 ℃、500 ℃和600 ℃ 4种回火温度处理下的40CrMnSiB钢为研究对象,通过冻结回收试验获得了4种回火温度状态下壳体断裂中间状态,分析了不同回火温度对壳体断裂、裂纹萌生、扩展及分布的影响,揭示了回火温度对40CrMnSiB钢圆柱壳体宏观断裂特性的影响规律。研究结果表明：随着回火温度从200 ℃上升到600 ℃,初期受动态塑性及断裂韧性改善的影响,壳体的断裂相关参量变化明显,后期材料动态强度减小造成的影响更突出,断裂相关参量基本不变;在500 ℃回火状态下的壳体断裂应变最大,相对于200 ℃回火状态提高了48.1%.     

爆炸冲击作用下金属圆柱壳体膨胀破碎过程研究

为了研究爆轰冲击作用下金属圆柱壳体动态膨胀及变形断裂过程,以40Cr Mn Si B钢壳体材料为研究对象,在理论分析的基础上建立了炸药与壳体相互作用过程分析模型,获得了爆轰作用过程中金属壳体外表面径向位移以及速度变化规律;应用超高速摄影技术获得了壳体在高应变率下动态变形过程。结果表明:膨胀半径达到初始外半径的1.47~1.70倍时,壳体内部裂纹贯穿整个壁厚并发生断裂;壳体膨胀速度在距起爆端60%~70%壳体轴向长度处达到最大,此处膨胀速度比起爆端附近提高了18.3%。     

刻槽参数对破片形成的影响

为了获得刻槽参数对破片形成的影响规律,利用AUTODYN-3D软件对50SiMnVB钢战斗部的破片形成进行了三维数值模拟,对比分析了不同刻槽参数对壳体断裂的影响,并对壳体断裂模型进行简化,推导了外刻槽壳体断裂迹线及其断裂概率,并进行了试验验证。结果表明:外刻槽技术对于50SiMnVB钢战斗部是可行的,断裂是从刻槽根部开始,断裂方式为剪切断裂;随着刻槽深度增加、刻槽间隔增大,主破片形成率和质量占有率增大,破片控制效率提高。得出了沿断裂迹线断裂的概率,为刻槽参数的选择提供了一种可行依据。     

不同硬度刻槽壳体爆炸驱动形成破片特性研究

为了获得材料硬度对刻槽壳体爆炸驱动形成破片性能的影响规律,选取3种不同热处理硬度下的D60钢作为刻槽壳体材料,通过破片速度测试与沙箱回收破片试验,研究了D60钢刻槽壳体形成破片的速度及质量分布特性,并利用AUTODYN-3D软件结合Stochastic随机失效模型,仿真研究了D60钢刻槽壳体爆炸驱动下形成破片作用过程及破片速度、质量变化规律。结果表明:随着硬度的降低,0.1 g以上的破片数量增加,破片平均尺寸增大,不同硬度D60钢刻槽壳体形成破片初速差异不大。HRC36壳体形成的破片形状较另外2种硬度破片规则,且高硬度壳体材料形成破片穿甲能力较强,可以完全穿透6 mm厚Q235A钢板。     

通过弹钢材料提升榴弹威力的原理与方法

针对典型的自然破片杀伤榴弹,研究通过弹丸壳体材料提升威力的原理与方法,为弹钢材料创新、发展与应用等提供理论和技术支撑。采用理论推导与试验研究相结合的手段,提出了通过调控弹钢材料的晶粒平均直径■和破碎尺度参数μ、实现有效破片数暨杀伤威力提升的原理与方法。试制了两种新弹钢40SiMn2X和50SiMnX,选择一种122 mm榴弹弹丸结构,进行制式壳体材料50SiMnVB和两种新材料各2发的静爆威力对比试验。研究结果表明,所提出的榴弹威力提升原理与方法具有科学性、合理性和实用性;新弹钢40SiMn2X和50SiMnX力学性能优越,对轻型装甲车辆和人员目标的杀伤威力半径比50SiMnVB分别提高了31.6%和12.3%,且均能够兼顾两种目标实现共同提升,具有重要的工程应用前景。     

非标准圆筒装药爆轰驱动的试验研究

为了准确预测破片初速,研究爆轰驱动金属柱壳膨胀与断裂的过程细节和内在物理机制。设计梯恩梯炸药爆轰驱动不同壁厚的50SiMnVB钢和45号钢柱壳试验,采用高速转镜式分幅相机和光子多普勒测速仪联合同步测试和诊断,获得金属柱壳膨胀破裂过程的图像信息及膨胀速度历史,揭示了冲击波加载效应和金属柱壳破裂后继续加速过程的趋势和规律。结果表明：相同密度壳体材料随着壳体壁厚的增加,其外表面膨胀速度的振荡幅值增大、脉动次数增多,破裂模式由纯剪切转变为拉剪混合;由于壳体壁厚以及由此产生的不同载荷系数,45号钢壳体破裂时刻都晚于50SiMnVB钢壳体,且随着壁厚的增大,破裂时刻和膨胀破裂半径相差越大,但由于壳体破裂后爆轰产物的继续加速作用,相同壁厚的两种钢壳体膨胀最终状态基本接近。     

一种调质50SiMnVB钢Johnson-Cook本构模型的建立

研究正火、正火+淬火+中/低温回火、调质处理的50SiMnVB钢的硬度及微观组织,发现50SiMnVB钢通过860℃×120 min(油冷)淬火+600℃×60 min(水冷)回火这种调质工艺处理后,具有较好的综合力学性能。利用电子万能材料试验机和SHPB实验装置对这种调质工艺处理后的50SiMnVB钢常温下的准静态和动态力学特性进行了测试,得出材料在不同应变率下的应力-应变曲线;采用参数识别法和最小二乘法建立了调制50SiMnVB钢较宽应变率下的Johnson-Cook本构模型,和实验结果吻合较好。     

壳体材料对含铝炸药装药爆炸威力的影响

为了研究壳体材料对高能含铝炸药装药爆炸威力的影响,采用3种壳体材料,利用分步压装工艺装填含铝高能炸药,进行威力对比试验。结果表明：壳体材料的塑性、屈服强度等力学性能对破片速度和有效破片的形成有一定的影响;壳体材料为50SiMnVB的榴弹装药综合威力较高。     

正火态50SiMnVB钢Johnson-Cook本构方程的建立

对正火态的50SiMnVB钢常温下的准静态和动态力学特性进行测试,得出材料在不同应变率下的应力-应变曲线。根据Johnson-Cook模型,建立正火态50SiMnVB钢从准静态到动态较宽应变速率范围的物理本构方程。对比结果表明,所建立的本构方程和实验结果吻合较好。     

高能束控制破碎弹体威力对比研究

对比经高能束控制破碎技术处理后的40CrMnSiB和40Cr弹体的威力,40CrMnSiB弹体的杀伤半径大。分析两种弹体各部位的金相组织,结果表明:两种材料的改性区为回火马氏体组织,基体为索氏体组织,改性区和基体性能的差异满足了高能束控制破碎的要求。40CrMnSiB弹体材料更适合采用高能束控制破碎技术。     

高能束控制破碎叠层模拟弹体毁伤效能试验研究

采用静爆试验考核高能束控制破碎叠层模拟弹的毁伤效能。结果表明:该弹采用高能束控制破碎技术处理后,能够有效毁伤新40火箭弹。其中,在爆轰波作用下两层壳体模拟弹较3层壳体模拟弹的预制破片更均匀,能够引爆新40火箭弹,对钢筒、钢棒有一定的侵彻能力,更好地满足设计要求。     

硬脆钢50SiMnVB激光预控裂纹工艺试验研究

为改善传统裂解槽加工效率低、后续加工困难等问题,采用高功率CO₂激光器对硬脆钢50SiMnVB进行激光预控裂纹工艺试验。采用金相显微镜、扫描电镜以及显微硬度测试仪等设备,对激光深熔区的微观组织形貌、裂纹断口形貌以及显微硬度分布进行了测试分析。利用数值模拟软件SYSWELD对50SiMnVB钢激光深熔处理过程的温度场和应力场分布进行模拟分析。结果表明：由于深熔过程受温度梯度和应力梯度的影响,深熔区产生淬硬脆化裂纹;其开裂机理为深熔区底部出现气孔和微裂纹,裂纹再沿中心向上扩展形成宏观裂纹;经工艺试验与模拟仿真对比后得出最优工艺参数范围,即激光功率为3.0 kW,扫描速度范围为1.0~4.5 m/min,所对应的预制裂纹深度范围约为3~7 mm.