炮钢表面电弧离子镀Cr涂层的制备及磨损性能

为了增强炮钢表面的摩擦磨损性能,采用电弧离子镀技术在炮钢表面沉积硬Cr涂层和软Cr/硬Cr涂层。采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对炮钢和涂层的微观形貌、成分以及相组成进行表征。结果表明:在硬度和耐磨性方面,硬Cr涂层和软Cr/硬Cr涂层较炮钢基体均显著提升,其中软Cr/硬Cr涂层的纳米硬度最高,相较于炮钢,硬度提升了173%,并具有较高的H^(3)/E^(2)和H^(3)/E^(2 )值;在磨损方面,炮钢的磨损量最高,其次是硬Cr涂层,而软Cr/硬Cr涂层的磨损量最低。炮钢的磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损,硬Cr涂层为轻微氧化磨损和磨粒磨损,而软Cr/硬Cr涂层为粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。

炮钢材料动态本构模型及其验证

在温度88~573 K和应变率0.001~2 000 s^(-1)的条件下,通过温度与应变率耦合的静态和动态分离式Hopkinson压杆实验,并以初步获得的炮钢材料动态本构模型基本参数为基础,通过进一步的优化及Taylor杆冲击实验,验证并最终确认了炮钢材料动态本构模型参数,模型预测与实验结果相对误差小于5%.验证结果表明,建立的炮钢材料动态本构模型能真实地反映其动态响应。

高强度炮钢的组织和力学性能

研究了PCrNi3MoVA、 32Cr2Mo1VA和 2 5Cr3Mo3NiNb等三种高强度炮钢淬火高温回火后的显微组织和力学性能。结果发现 ,2 5Cr3Mo3NiNb钢组织中碳化物总量高、并且含有大量的M2 C碳化物 ,表现强烈的回火二次硬化效果。 2 5Cr3Mo3NiNb钢高温强度和硬度下降率低于PCrNi3MoVA钢 ,与 32Cr2Mo1VA钢相当 ,而其断裂韧性高于 32Cr2Mo1VA钢。 2 5Cr3Mo3NiNb钢具有高的韧性和高温强度及硬度 。

高强韧厚壁炮钢材料的发展

综述高强韧厚壁炮钢材料的成分、性能的发展历程和现状,分析炮钢材料发展方向及存在问题,提出炮钢发展的新思路:采用新的合金化和氧化物控制方式,提高材料的纯净度,大幅提高炮钢的强韧性,避免炮钢在生产中为提高钢的性能过度控制低氧,可大大降低工艺成本和设备成本。

添加Y对炮钢表面电弧离子镀(Ti,Al)N薄膜氧化性能的影响

利用电弧离子镀技术,在炮钢表面沉积TiAlN和TiAlYN两种薄膜,研究添加1%(原子分数)Y对(Ti,Al)N薄膜氧化性能的影响。两种沉积薄膜的样品在空气中850℃下氧化10h,用SEM、EDAX和XRD分别分析两种薄膜的形貌、成分及相组成。结果表明,在空气中850℃下氧化10h后,两种薄膜的氧化产物均为Al2O3和TiO2的混合氧化物;TiAlN薄膜的动力学曲线呈近似直线规律,而TiAlYN薄膜动力学曲线符合抛物线规律;前者表面氧化物晶粒粗大,而后者表面氧化物晶粒细小,且氧化膜厚度不足前者的一半;添加Y可以减少膜层表面液滴的数量,提高膜层的抗氧化性能。

新型炮钢回火碳化物析出规律及对高温力学性能影响

通过光学金相、扫描电镜及能谱和X射线分析研究了新型炮钢回火碳化物的析出规律,发现:当回火温度高于620℃时,除渗碳体外,还析出合金碳化物Mo2C,并在640℃达到峰值。此外,对新型炮钢高温性能及使用寿命进行了分析和讨论。

炮钢表面电弧离子镀NiCoCrAlYSi涂层的高温氧化行为

采用电弧离子镀技术在炮钢表面制备NiCoCrAlYSi涂层,涂层在空气中950℃恒温氧化100h,借助XRD、SEM和EDS对涂层及氧化产物进行分析,研究其高温氧化行为。结果表明,包覆NiCoCrAlYSi涂层的炮钢极大的提高了其高温抗氧化性,涂层表面主要形成了连续、致密的α-Al2O3氧化膜,涂层氧化动力学曲线符合抛物线规律;同时,由于电弧离子镀涂层存在的针孔缺陷,O2会进入到涂层内部,并在针孔内和涂层与炮钢基体的界面反应形成富Al的氧化物。

提高 Cr-Mo-V 系炮钢韧性的有效途径

为提高Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ系炮钢的韧性，消除其冷脆性，对采用含稀土氧化物渣系在电渣重熔过程加入稀土的工艺作了系统的实验研究。结果表明，研究采用能适应稀土渣系特点的新的工艺规范，能充分发挥稀土在钢中的作用，显著提高钢的韧性。与采用传统渣系相比，使Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ系炮钢锻件横向常、低（－４０℃）温韧性分别提高５０％和６０％以上，韧脆转变温度降低２０℃，达到－４０℃，彻底消除了这类钢使用温度范围的冷脆倾向。对稀土氧化物在电渣重熔中的作用做了分析探讨。

炮钢表面的抗高温氧化性能研究

为了研究炮钢表面抗高温氧化性能,针对某型火炮身管材料PCr Ni3Mo钢进行了500,600,700℃、10 h恒温氧化试验,考察了其氧化动力学性能,利用纳米压痕仪测试了炮钢在不同氧化温度下的硬度与弹性模量,采用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)测试分析了不同氧化温度下的表面形貌和物相组成。结果表明:炮钢在空气中500℃氧化10 h后表面形成Fe_3O_4和Fe_2O_32种氧化物,600,700℃氧化10 h后表面形成Fe O、Fe_3O_4和Fe_2O_33种氧化物,其中700℃时表面氧化膜出现大量分层和剥落。

炮钢表面多弧离子镀两种Ti_xAl_(1-x)N薄膜的高温氧化性能

用多弧离子镀技术在炮钢表面沉积两种TixAl1-xN薄膜,薄膜在空气中850℃恒温氧化10h,采用XRD、SEM和EDS对薄膜微观结构进行分析,检测其恒温抗氧化性能。结果表明,Ti0.5Al0.5N薄膜的抗高温氧化性能明显优于Ti0.7Al0.3N薄膜。Ti0.7Al0.3N薄膜由于基体Fe元素扩散至薄膜表面,使其表面形成Fe2O3和Fe3O4氧化物,导致薄膜过早失效;而Ti0.5Al0.5N薄膜的表面形成致密且粘附性好的Al2O3和TiO2混合氧化物,表现出优良的抗高温氧化性,同时基体元素和薄膜元素的适度扩散能提高薄膜与基体的结合力。

高强韧炮钢热塑性变形应力-应变本构模型及锻造仿真研究

使用Gleeble3500型热模拟机对高强韧炮钢材料进行压缩试验,得到不同温度及变形速率下材料的真实应力-应变曲线。试验数据表明,高强韧炮钢材料为应变率和温度敏感材料。拟合得到高强韧炮钢材料热塑性变形的应力-应变本构模型。采用有限元方法对高强韧炮钢进行模拟仿真,计算得到相同工艺条件下,空心与实心坯料锻造过程中的应力-应变等结果,为高强韧炮钢热锻过程控制提供理论基础及技术指导。

炮钢表面电弧离子镀NiCoCrAlY涂层的性能研究

用电弧离子镀技术在炮钢表面沉积NiCoCrAlY涂层,研究了涂层的硬度与摩擦磨损性能、高温抗氧化性及耐腐蚀性。结果表明:涂层的硬度较炮钢提高了近36%,炮钢的磨损机制主要为严重的磨料磨损和塑性流动,NiCoCrAlY涂层磨损机制主要是粘着磨损,NiCoCrAlY涂层的摩擦系数(0.57～0.65)小于炮钢的摩擦系数(0.78～0.86);NiCoCrAlY涂层在850℃空气中氧化100 h后的动力学结果表明,涂层大大提高了炮钢的高温抗氧化性能,其原因是表面形成了θ-Al2O3和α-Al2O3氧化膜阻止了炮钢基体被氧化,同时NiCoCrAlY涂层由β-(Ni,Co)Al、α-Cr与γ-Ni相转变为γ-Ni、γ′-Ni3Al和FeNi相;NiCoCrAlY涂层在3.5%NaCl溶液中较炮钢自腐蚀电位提高了近200 mV,能够显著提高炮钢的抗腐蚀能力。

炮钢焊接中组织遗传的危害及对策

分析了炮钢焊接中的组织遗传现象、产生原因和其对使用性能的危害,并以实验的形式得出了预防组织遗传产生的具体工艺措施。

炮钢低周疲劳特性预测

以五种典型炮钢的单轴拉伸和疲劳试验结果为基础,研究其强度极限、临界寿命、疲劳强度系数、临界疲劳强度与布氏硬度之间的关系,推导出炮钢低周疲劳特性的硬度预测模型。结果表明,炮钢的极限强度、疲劳强度系数、临界寿命、临界疲劳强度随着硬度增加而增加,简单一次函数可以有效拟合相应的试验数据;提出的硬度预测模型可以方便、快速、精确地预测出炮钢的低周疲劳特性,为火炮的疲劳寿命设计提供重要的应变-寿命曲线。

炮钢表面电火花沉积Cr涂层的性能研究

用电火花沉积技术在炮钢表面沉积Cr涂层,研究了涂层的硬度与摩擦磨损性能、高温抗氧化性及耐腐蚀性。结果表明:Cr涂层的硬度较基材提高了近50%,摩擦系数(0.22～0.27)明显小于炮钢的摩擦系数(0.78～0.86),磨损机制主要是微切削磨料磨损;Cr涂层在850℃氧化100h后仍具有优良的抗氧化性,其原因是Cr涂层表面生成致密的Cr2O3氧化物膜;在同一电极电位下,Cr涂层在3.5mass%NaCl溶液中阳极溶解电流密度降低近1个数量级。

近代高强度炮钢

扼要叙述了近代火炮设计对炮钢提出的技术要求。介绍了高强度炮钢的机械性能、化学成份和工艺要点，供从事高强度结构钢生产、应用和失效分析的技术人员参考。

炮钢表面电弧离子镀NiCrAlY涂层950℃的高温氧化行为

用电弧离子镀方法在炮钢表面制备NiCrAlY涂层,涂层在空气中950℃恒温氧化100h,借助X-射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪对涂层表面氧化膜进行分析,检测其高温抗氧化能力。结果表明,电弧离子镀NiCrAlY涂层950℃空气中氧化100h后表面形成Al2O3、Fe2O3和NiCr2O4三种氧化物,涂层大大提高了炮钢的高温抗氧化性;涂层中的Ni元素与基体中的Fe元素发生剧烈互扩散而在界面两侧呈均匀梯度分布,Cr元素在界面富集,Al元素在界面与O反应形成较致密的Al2O3氧化层;由于扩散和氧化作用,涂层中的相由原来的β-NiAl、γ'-Ni3Al、γ-Ni与α-Cr变为γ'-Ni3Al、(Ni,Fe)、(Fe,Ni)与α-Cr。

炮钢表面电火花沉积NiCrAlY涂层的氧化行为

针对火炮身管在服役过程中发生的内膛氧化现象,利用电火花沉积技术在炮钢表面沉积NiCrAlY涂层,研究NiCrAlY涂层在900℃空气中的氧化行为。采用不连续称重法测定涂层的氧化动力学曲线,利用SEM/EDS、XRD表征涂层氧化前后的微观形貌、成分与相组成。结果表明:涂层由Al3Ni2和γ-Ni组成,与基体形成牢固的冶金结合;涂层在900℃空气中氧化100h的动力学曲线符合抛物线规律,氧化100h增重仅为0.946 mg/cm^(2),极大地提高了CrNi3MoVA钢基体的高温抗氧化性能;经900℃空气氧化100h后,涂层表面形成连续、致密、粘附性良好的θ-Al_(2)O_(3)和α-Al_(2)O_(3)氧化膜。

温度对炮钢表面镀铬层摩擦磨损性能的影响

研究了炮钢表面镀铬层在不同温度下的摩擦磨损行为,为揭示镀铬火炮身管的磨损机理提供理论参考。在炮钢基体表面电镀铬涂层,用高速往复摩擦磨损试验机和高精度电子天平分别获得了镀铬层在不同温度下的摩擦系数和磨损量。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了该镀铬层磨损前后的微观结构。结果表明:随着温度从室温升至300℃,镀铬层的平均摩擦系数呈下降趋势,而磨损量先下降后上升;镀铬层在各个温度的主要磨损机制存在明显不同,即分别为粘着磨损(室温)、剥层磨损(100℃),氧化磨损和粘着磨损(200℃),氧化磨损和磨粒磨损(300℃)。

溅射涂层对炮钢氧化及热腐蚀行为研究

用磁控溅射的方法在炮钢CrNi3MoVA上沉积NiCrAlY涂层,研究了涂层前后抗氧化及热腐蚀的性能,结果表明,溅射NiCrAlY涂层的炮钢的抗氧化及热腐蚀性能显著提高.