焊丝成分对超高强装甲钢焊接接头组织与性能的影响

利用气体保护电弧焊工艺完成了4.5 mm和9.0 mm超高强装甲钢的焊接,研究了焊丝(MG70S-6和ER307Si焊丝)成分对接头组织与性能的影响,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等表征方法对焊接接头各区域进行微观组织和物相结构的分析,并测试了接头的硬度分布、拉伸性能和冲击韧性。结果表明,焊接接头成形质量良好,无明显未熔合、气孔、裂纹等缺陷,焊缝区组织为片状马氏体、针状铁素体和少量粒状贝氏体,完全淬火区组织为马氏体和贝氏体,不完全淬火区组织为马氏体和铁素体,回火区析出网状渗碳体。焊接接头的热影响区软化现象较为明显,接头难以达到与母材等强,断裂主要发生在焊缝区,呈现出脆性断裂特征。采用ER307Si焊丝焊接的9.0 mm装甲钢接头的焊缝室温冲击功达到94 J,完全满足使用要求。

不同焊接方法对超高强装甲钢焊接接头力学性能与组织的影响

装甲钢MAG工艺常采用奥氏体、铁素体不锈钢焊丝,使得焊接接头抗拉强度和硬度会大幅度降低,同时造成热影响区的局部软化,降低了装甲车辆的防护性能。为了满足超高强装甲钢焊接接头强度和硬度防护要求,该文对超高强装甲钢激光焊接工艺进行了研究,分别为MAG、激光自熔焊、激光填丝焊、激光‒电弧复合焊4种焊接方法,研究接头拉伸、弯曲、硬度等性能指标及接头组织。结果表明,激光焊接头的焊缝组织为粗大的板条马氏体,MAG焊缝组织为铁素体和粒状贝氏体;对于激光焊和MAG,淬火粗晶区均为粗针状马氏体,淬火细晶区为细小的针状马氏体,不完全淬火区为马氏体与铁素体的混合组织。激光焊接头的抗拉强度和硬度远高于MAG,激光焊接头的抗拉强度可达到母材的90%以上,硬度约为母材的82%,大大提高了防护型车辆的防护性能。然而,激光焊接头的抗弯强度要低于MAG,无论面弯还是背弯,激光焊弯曲试样通常在弯曲角度10°~30°之间即发生断裂,大大低于MAG弯曲角度90°(不断裂),从而限制了其使用场景。

12.7 mm穿燃弹侵彻603装甲钢行为研究

通过弹道枪开展12.7 mm穿燃弹以不同速度垂直侵彻603装甲钢半无限厚靶板的弹道试验,并结合数值仿真计算对侵彻深度、侵彻阻力等进行研究。结果表明:侵彻过程中弹芯为主要侵彻元,表现为刚性侵彻,背甲对侵彻深度的影响可忽略。不同着靶速度的弹芯侵彻阻力随位移的变化规律基本一致,可分为弹芯飞行摩擦阻力阶段、弹芯头部进入靶板阶段、弹芯头部完全进入靶板阶段。通过刚性弹侵彻半无限厚靶板,结合空腔膨胀理论模型对尖卵形弹头进行等效简化,建立了尖卵形刚性弹芯侵彻深度预测公式。根据量纲分析拟合得到了无量纲侵彻深度和无量纲动能的关系式。

675装甲钢遮弹层抗缩比巡航导弹侵彻研究

为研究675装甲钢遮弹层的防护能力和抗巡航导弹侵彻性能,分析侵彻过程中弹靶作用机理以及装甲钢力学行为,设计了缩比巡航导弹侵彻675装甲钢的实验及相应的数值模拟。结果表明:675装甲钢硬度很高,侵彻基本保持在开坑阶段,弹坑面积小,靶板整体变形并不显著;侵彻过程中弹丸由弹头与弹身交接处断裂,因弹头侵蚀和弹丸断裂损失的能量较大,致使靶板变形小,靶板变形主要发生在弹丸断裂前;随着侵彻速度由350 m/s增至600 m/s,靶板弹坑深度和背突高度随速度线性增加;弹坑直径由1.1倍弹丸外径增至1.5倍弹丸外径,弹丸因质量侵蚀损失的能量由总能量的42.4%增加至68.6%;弹丸加速度在靶板磨损弹头部一半,弹头与弹身交接处发生塑性变形时达到最大。

残余应力对装甲钢板抗弹性能影响的有限元模拟

建立了普通钢芯子弹射击4.6 mm厚装甲钢靶板有限元模型,将试验测得的沿板厚方向分布的残余应力赋值于有限元模型,研究了靶板初始残余应力对其抗弹性能的影响,并用试验结果对模拟结果进行了验证。结果表明:有初始残余应力靶板背凸高度和弹坑深度的模拟结果与试验结果相符,相对误差分别仅为2.0%和4.8%,证明模型准确;与无初始残余应力靶板相比,施加初始残余压应力后靶板的背凸高度和弹坑深度均减小,说明其抗弹性能提高;随着施加残余压应力的增大,靶板抗弹性能呈现出略微提升的趋势,但提升幅度很小。

长杆高速侵彻下装甲钢靶的等效强度

装甲钢是复合装甲的主要组分之一,针对其抗长杆弹高速侵彻等效强度不明的问题,建立了三维SPH-FEM耦合模型。在验证模型可靠性的基础上,开展钨合金长杆弹在1 000~1 800 m/s初速度范围内侵彻半无限300~600 HBW装甲钢的仿真研究,基于侵彻阻力和Walker-Anderson(W-A)模型对高应变率-绝热工况下靶钢的等效强度进行探索。研究结果表明:侵彻过程分为初始瞬态、准定常和剩余侵彻3个阶段,W-A模型在大部分工况下可准确计算侵彻深度和准定常段头尾速度;准定常阶段杆体直径与靶体等效强度近似保持恒定,侵彻阻力可由Poncelet公式描述。基于以上分析建立装甲钢等效强度-硬度非线性换算模型,结合W-A模型能准确预测长杆弹对半无限靶的侵彻深度。此模型表明等效强度与硬度正相关,但热软化的增强与应变率强化的减弱使等效强度的增速逐渐放缓。

国外装甲钢及其标准发展现状

装甲钢作为坦克装甲车辆的主干材料已获得广泛应用。随着装甲装备的发展,高性能装甲钢的研究发展越来越受到世界各国的重视,研究人员通过高硬度、高强度、高韧性以及结构设计实现装甲钢的减重需求。为了实现减重,低密度钢、泡沫钢以及凿孔装甲钢也快速发展起来。为了满足新型装甲装备的发展需求,推动装甲钢的研制与应用,世界各国制定了装甲钢标准以及抗弹标准。分析综述了瑞典、法国、德国、英国、澳大利亚和美国等国家的装甲钢的现状以及不同国家装甲钢的现行标准。通过装甲钢及其标准的对比分析,对我国未来装甲钢研究、应用、推广及标准化工作提出了一些建议。

焊接顺序对大型薄板装甲钢结构焊接变形的影响

基于有限元软件SYSWELD建立了大型薄板装甲钢结构的焊接有限元模型,采用Local-Global方法研究了焊接顺序对薄板结构焊接变形的影响.通过对比焊缝截面宏观形貌,利用SYSWELD热源拟合工具,建立了适合现场焊接工艺的双椭球热源模型.采用热弹塑性有限元法分析了T形和对接接头的焊接过程,获得了局部塑性应变和焊缝刚度,进而模拟了不同焊接顺序下薄板结构变形情况.结果表明,现场焊接顺序下结构中部薄板焊接变形严重,最大变形量为9.6 mm,模拟结果与试验结果吻合较好;采用优化的焊接顺序,可有效控制薄板焊接变形,最大变形量可减小75%.

硬度对装甲钢板抗弹性能的影响

借助用 5 3式 7.6 2 mm WO- 10 9C穿甲燃烧弹垂直撞击 10 mm厚、硬度为 HRC44～ 5 6的Cr- Ni- Mo装甲钢板的穿甲试验研究了高硬度及超高硬度状态下硬度对装甲钢板抗弹性能的影响。观察分析弹坑形貌发现 ,装甲钢板材料力学性能的改变导致了穿甲机理的变化。一方面 ,硬度升高 ,增加弹丸开坑所消耗的能量 ,提高弹丸消耗的塑性扩孔功 ,且当硬度超过一定值时 ,弹丸可能发生破碎 ,从而有利于抗弹性能的提高。另一方面 ,硬度升高 ,导致绝热剪切临界失稳应变降低 ,易诱发冲塞破坏 ,而且塑性与韧性降低 ,可能导致背面盘状崩落破坏 ,从而使抗弹性能下降。在本试验弹靶体系下 ,上述两方面相反作用的结果导致装甲钢板背面强度极限基本上不随硬度变化而改变。

装甲钢马氏体相变塑性的实验研究

采用Gleeble热模拟实验机对装甲钢马氏体相变塑性进行了研究。通过对热变形中的热应变、组织应变和弹性应变进行分离,从总应变中分离了相变塑性,并得到了相变塑性的定量关系式,采用Greenwood-Johnson模型得到该种材料的相变塑性系数。分析结果表明,该种材料的相变塑性、组织应变和热应变是引起变形的主要原因,相变塑性与组织应变数值相当,在热处理变形分析中不容忽视;随着温度降低及马氏体体积分数增大,相变塑性迅速增大,马氏体体积分数达到0.8后,相变塑性基本保持不变;随着施加应力的增加,相变塑性逐渐增大,相变塑性与施加应力呈线性关系。文章研究结果不仅为该种材料热处理、焊接过程形状畸变和残余应力研究提供基础,还为该材料复杂热力学行为研究提供参考。

装甲钢自然环境试验与人工加速试验的相关性

对某型装甲钢在酸雨大气环境下自然暴露与人工模拟加速试验的相关性进行了研究。利用腐蚀机理对比、Spearman秩相关系数、灰色关联度、加速转换因子等方法进行了相关性的定性定量评价。评价结果表明模拟加速试验与自然环境暴露试验有较好相关性。

球形破片侵彻高强度装甲钢的弹道极限速度计算

为了研究弹道极限速度对高强度装甲钢抗弹性能的影响,依据A-B模型将球形破片对高强度装甲钢的侵彻过程分解为三个不同的阶段:初始压缩阶段、惯性压缩阶段和绝热剪切阶段,给出不同阶段的能量损失计算公式,进而推导出弹道极限穿透速度的计算公式,并将其计算值与实验值进行了比较.结果表明,实验数据和模型计算结果的误差在10%以内,证明了其计算公式的正确性.

装甲钢焊接技术研究进展

装甲钢是一种用于作战装备的保护性合金材料,装甲钢的焊接是装甲钢结构的主要连接方式。从装甲钢的裂纹类别、特点以及其形成原因出发,介绍了装甲钢焊接材料、焊接工艺和提高焊接接头性能的措施。主要包括奥氏体焊条、铁素体焊条及奥氏体/铁素体双向焊条;电弧焊、CO2气体保护焊、熔化极气体保护焊、修复装甲钢裂纹的铝热焊、机器人焊,激光焊等焊接工艺;焊后热处理、超声波冲击法、焊趾砂轮打磨法与钨极电弧焊法。并在装甲钢焊接技术研究现状分析的基础上,提出装甲钢焊接技术今后的改进措施与发展方向。

装甲钢CO_2气体保护焊焊接接头组织和抗裂性分析

采用自制H10MnSi和H08Mn2Si焊丝分别制备装甲钢CO2气体保护焊焊接接头,通过金相显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度计对装甲钢焊接接头组织及其硬度分布进行对比研究;通过斜Y形坡口焊接裂纹试验评定了自制H10MnSi焊丝和H08Mn2Si焊丝的抗裂性倾向。结果表明,在H08Mn2Si焊丝基础上改进的自制H10MnSi焊丝应用于装甲钢CO2气体保护焊时,其焊缝组织细化,针状铁素体比例明显高于H08Mn2Si焊丝,这使得H10MnSi焊丝的抗裂性优于H08Mn2Si焊丝。

冷却速度对675装甲钢显微组织的影响

利用差分膨胀仪、金相及透射电镜研究了675装甲钢过冷奥氏体在不同冷却速度下的相变过程及产物。结果表明,冷却速度在3℃/min～2000℃/min范围内,随冷速的增大,675装甲钢中发生的组织转变变化很大,相变产物依次出现粒状贝氏体(粒B)、上贝氏体(上B)、下贝氏体(下B)以及片状和板条混合马氏体(M)。此外,675装甲钢具有相当好的淬透性,临界淬火速度为25℃/min,Ms点为320℃。

高强度装甲钢的抗弹性能研究

由１２．７ｍｍ弹道枪发射尖头钢芯穿甲弹垂直撞击不同硬度（ＨＢ２８０～４８０）和厚度（１０～３０ｍｍ）的３０ＣｒＮｉＭｎＭｏＢ装甲钢靶板。评定钢靶板的背面强度极限，测量靶板弹坑容积和深度，对影响靶板抗弹性能的弹靶因素进行了分析。结果表明：背面强度极限与靶板厚度呈直线关系；由于穿甲机制随硬度变化而改变，因此背面强度极限并非随硬度增高而单调增大；由塑性扩孔向冲塞转变导致了背面强度极限的降低；弹坑容积随弹丸能量线性增加；弹丸侵入深度与靶板厚度无关，而取决于弹丸速度和靶板硬度：Ｌ／ｄ＝１．４５６１（ｖ０／ｃ＿ｔ）￣（１．０３８６）（ＨＢ／ρｔ）￣（－０．６０４８）。

装甲钢温度-组织-应力耦合本构模型的建立及在焊接模拟中的应用

装甲钢焊接热循环过程中固态相变对焊接残余应力的演变及大小有着重要影响,而现有的有限元软件本构模型无法考虑固态相变的作用。在传热学、固态相变理论和连续介质力学的基础上,建立了温度-组织-应力耦合的本构模型,本构模型中综合考虑了固态相变引起的体积变化、力学性能变化和相变塑性对焊接残余应力的影响,采用ABAQUS子程序UMAT通过二次开发将该本构模型嵌入通用有限元软件中,对装甲钢平板对接焊进行研究,获得了装甲钢焊接热循环过程中温度、组织及残余应力变化规律。研究结果表明:装甲钢平板中断面表面宽度方向,在纵向残余应力表征上,耦合本构模型的模拟结果与X射线衍射测量结果具有较好的一致性,验证了耦合本构模型的正确性,并表明相变塑性对相变区的残余应力存在一定的松弛作用;对于装甲钢近缝区纵向残余应力大小:完全相变区<部分相变区<未发生相变区。

装甲钢/芳纶复合材料防爆轰波性能研究

利用防爆轰波模拟试验装置研究了由装甲钢和芳纶复合材料组成的不同复合结构对爆轰波的防护性能。结果表明,以装甲钢为面板的装甲钢/芳纶复合材料的复合结构的防爆轰波性能优于以芳纶复合材料为面板的芳纶复合材料/装甲钢复合结构;装甲钢/芳纶复合材料的防爆轰波性能优于装甲钢/装甲钢的防爆轰波性能。

装甲钢/芳纶复合材料抗爆震性能研究

采用圆形炸药设计了平面波发生器,研究了不同结构的装甲钢/芳纶复合材料对冲击波的衰减效果。试验结果表明,在装甲钢上加装纤维复合材料板可提高其抗爆震性能,当材料按照波阻抗减小的顺序进行排列时,可更有效衰减冲击波,具有多层结构的材料比双层结构材料的衰减效果更优。

高强度装甲钢中绝热剪切破坏研究

为了研究高强度装甲钢的穿甲破坏机理，采用１２．７ｍｍ弹道枪垂直射击１５ｍｍ厚的Ｍｎ－Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ－Ｂ高强度装甲钢板，弹丸速度在３５０～５００ｍ／ｓ内变化。分析了绝热剪切带的产生及其对冲塞穿甲的作用。试验结果表明，当弹靶参数一定时。高强度钢板中易发生由绝热剪切导致的冲塞穿甲。由微观组织和硬度测试证明绝热剪切带是一种转变带。转变带内的裂纹和沿转变带扩展的裂纹对装甲钢的破坏影响极大。