聚能装药超细晶纯铜药型罩性能研究

为了实现真正意义上的超细晶,利用剧烈塑性变形的方法将纯铜材料的晶粒组织进行细化。应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对粗晶纯铜药型罩和超细晶纯铜药型罩形成的射流侵彻45钢靶板过程进行数值模拟。分析晶粒尺寸对于射流断裂时间的影响,研究在不同炸高条件下,超细晶纯铜药型罩和粗晶纯铜药型罩侵彻威力的差异,以及炸高对于2种材料形成射流延展性的影响,并通过选取粗晶纯铜药型罩的最佳炸高进行静破甲试验研究,验证了数值计算结论的可靠性。研究结果表明:在炸高相同的前提下,超细晶纯铜药型罩形成的射流毁伤能力较粗晶纯铜药型罩而言,有大幅提升,说明将药型罩材料晶粒尺寸细化,是提高聚能射流破甲威力的有效手段。

大应变切削制备的超细晶纯铜切屑热稳定性的研究

采用不同前角的刀具对纯铜进行大应变切削加工,对获得的超细晶纯铜切屑进行不同温度的退火处理。利用扫描电子显微镜(SEM)和维氏硬度测量仪进行检测,分析不同前角和退火温度对超细晶纯铜切屑微观组织和力学性能的影响。结果表明:用0°前角刀具进行大应变切削加工后,切屑晶粒平均尺寸为0.3μm、硬度为160HV,在200~280℃退火时晶粒处于回复、再结晶阶段,具有良好的热稳定性,当退火温度高于280℃时,晶粒尺寸大幅增加、硬度显著下降;用-20°前角刀具进行大应变切削加工后,切屑晶粒平均尺寸为0.2μm、硬度为168HV,在200~320℃下退火时晶粒处于回复、再结晶阶段,具有良好的热稳定性,当退火温度高于320℃时,晶粒尺寸大幅增加、硬度显著下降;刀具前角越小,超细晶纯铜切屑热稳定性越好;相比于0°前角刀具,-20°前角刀具加工的超细晶切屑具有更好的热稳定性。

等通道转角挤压变形超细晶纯铜的组织与性能

在室温下采用BC路径(每道次挤压时将试样绕其轴线沿同一方向旋转90°)对T2纯铜进行4道次等通道转角挤压(ECAP),研究了不同道次ECAP变形前后纯铜的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明:经过1道次ECAP变形后,纯铜内部形成粗大的条带状组织,与剪切应力方向呈30°~45°;经过4道次ECAP变形后,纯铜晶粒发生显著破碎与细化,出现了大量的超细等轴晶组织,平均晶粒尺寸约为0.96μm;4道次ECAP变形后纯铜的显微硬度与抗拉强度较未变形显著提高,增幅分别为43.8%和51.5%;随着ECAP道次的增加,纯铜的溶液电阻、电荷转移电阻和极化电阻均增大,开路电位和自腐蚀电位均升高,自腐蚀电流密度减小,耐腐蚀性能提升。

刀具前角对超细晶纯铜组织与性能的影响

利用不同前角刀具对纯铜材料进行了大应变挤出切削加工,并将制备的超细晶纯铜切屑在不同温度下进行退火处理。通过金相显微观察、扫描电镜观察和维氏硬度检测等手段,分析了材料在变形前后及热处理前后的微观结构和性能变化。结果表明：30°前角刀具加工时,纯铜材料晶粒已明显细化,由大约100μm粗晶细化至亚微米级拉长晶,并且宏观硬度从基体的85 HV0.05提升至135 HV0.05;而10°刀具加工时,晶粒进一步细化为等轴细晶,甚至出现部分纳米晶,硬度也进一步提升至150 HV0.05。同时,前角越小,开始再结晶温度越低,再结晶完成时晶粒越小,硬度值越高;此外,无论10°还是30°刀具加工,超细晶纯铜材料均可在240℃下保持良好的热稳定性。

用等通道转角挤压法制备的超细晶铜的腐蚀性能

超细晶铜具有较高的使用价值,过去对其腐蚀性能研究不多。将工业纯铜退火后,通过等通道转角挤压(ECAP)法挤压成超细晶材料,采用浸泡和电化学方法,结合扫描电镜表面分析技术研究了退火态纯铜和ECAP制备的块体超细晶铜在HCl水溶液中的腐蚀性能。结果表明:用ECAP法制备的超细晶铜结构致密,具有比退火态铜更高的自腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度,耐腐蚀性能更强;在不同浓度HCl溶液体系中,超细晶纯铜的失重速率比退火态纯铜小;随着溶液浓度的降低和浸泡时间的延长,超细晶铜和退火态铜的失重速率均减小并趋于稳定;浸泡腐蚀2周后,与退火态铜易发生局部晶间腐蚀相比,超细晶纯铜的均匀腐蚀占主要优势。

亚稳态ARB-Cu的微观结构与力学行为对退火工艺的响应关系

为研究退火热处理对累积叠轧法(ARB)制备的亚稳态超细晶纯铜的微观结构和力学性能的影响,在100~250℃内对ARB-Cu分别退火10、30及60 min。通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和万能力学试验机对ARB-Cu的微观结构、力学性能以及断口形貌进行了分析。结果表明:随着退火温度的升高,ARB-Cu晶粒尺寸略有长大,亚晶粒弥散分布,位错密度逐渐降低,晶粒形状由不规则态转变为等轴晶粒。ARB-Cu在100~250℃分别退火10 min和30 min后,屈服强度和抗拉强度随着退火温度升高呈现先升高后降低的变化趋势。显微硬度随退火温度升高和退火时间增加逐渐下降。在150℃退火30 min,ARB-Cu的强度和塑性达到退火态最优匹配。ARB-Cu的断裂机理由叠轧态的解理断裂逐渐变为退火态的韧性断裂,其塑性变形能力得到改善。