钨锆合金反应结构材料的研究进展

钨锆(W-Zr)合金兼具高密度、高强度、高反应潜能等优点,既可以发挥W基合金优异的侵彻性能,又可以利用Zr的氧化放热提供后效毁伤,在破片式杀爆战斗部、穿甲弹及小口径弹体中展现出巨大的应用潜力,从而备受国内外关注。本文综述了W-Zr合金反应结构材料的制备方法、力学性能以及反应特性,重点讨论了W-Zr合金在侵彻能力及反应释能方面的表现。在此基础上,提出W-Zr合金的未来发展应聚焦于W的燃烧特性调控以及塑性改善。另外,关于W-Zr合金组织结构、力学性能与动态破碎以及反应释能之间的协同机制仍缺乏系统性研究,后续需要通过实验研究与模拟计算相结合的方式进一步完善。

钨锆合金破片毁伤过程研究

采用12.7mm弹道枪发射破片进行模拟穿靶试验,对钨锆合金、93钨合金和易碎钨合金3种材料破片在毁伤油箱过程中的瞬态压力、压力恢复时间和油箱内烃气浓度进行研究。研究结果表明,钨锆合金破片优于93钨合金和易碎钨合金破片,钨锆合金破片使油箱爆燃的主要影响原因是其碎片分散角大和多火点引燃,因此钨锆合金具有更高的引燃油箱能力。将其应用于多功能战斗部中可以使武器具有更高的综合毁伤威力。

钨锆合金的动态力学特性研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,在不同的冲击载荷条件下,对钨锆合金(52.6/47.4)的动态压缩性能进行实验研究,获取该材料在发生反应与不反应情况下的应力-应变曲线,并分析该材料的冲击响应特性。结果表明:钨锆合金是一种典型的弹脆性含能结构材料,在冲击压缩过程中会出现中应变率(<500 s-1)脆性断裂(未反应)和高应变率(>1 000 s-1)冲击反应两种状态。

真空自耗熔炼对钨锆合金显微组织与力学性能的影响

采用真空自耗熔炼工艺对粉末冶金态钨锆合金进行熔炼,得到高密度、高强韧的熔炼态钨锆合金。通过金相显微镜、SEM、EDS等对粉末冶金态和熔炼态钨锆合金的显微组织、力学性能和断口形貌进行分析与表征。结果表明:自耗熔炼可以消除烧结态存在的气孔,得到组织均匀的熔炼态钨锆合金;熔炼态合金显微组织主要由Zr-Ti相和W-Ti相组成,其中钨组元在熔炼中没有熔化,主要发生随机团聚现象;熔炼态钨锆合金断口形貌表现出韧性和脆性两种断裂方式共存特征,且密度与强度较粉末冶金态有明显提高。

惰性熔融-红外吸收法测定锆钛钨合金中的氧含量

采用惰性熔融-红外吸收法测定锆钛钨合金中氧含量。结果表明:经四氯化碳清洗,分析功率为4.5 kW时,用镍篮助熔剂,称样量为0.10~0.25 g的结果令人满意。该方法适用于锆钛钨合金中氧含量的测定,其相对标准偏差RSD为0.869%,回收率为92%~108%,表明该方法准确可靠。

钨锆铪合金活性破片对间隔靶耦合毁伤特性

为研究高强度、高密度钨锆铪活性合金破片在冲击加载下的化学能增强动能毁伤能力,开展弹道炮驱动破片对单层Q235钢板和钢板后加3层LY12薄铝板间隔靶的侵彻实验。采用高速摄影机拍摄破片侵彻钢板后的释能行为和对间隔靶的毁伤过程,测得钢板后碎片云区的形状和运动特征参数,得到碎云区对钢板后不同位置处间隔靶的毁伤面积和容积。研究结果表明:钨锆铪合金活性破片在高速侵彻钢板过程中,板前化学能耗极低,板后则形成类椭球状兼有动能和化学能的耦合能量区,该能量区对间隔靶的毁伤模式在激活点近场区以化学能增强动能毁伤为主,在远场区以动能毁伤为主;单枚直径9.5 mm破片对距钢板125 mm和360 mm位置处的间隔靶毁伤容积分别可达292.7 cm^(3)和331.5 cm^(3).

机械合金化对WZrZn合金冲击反应特性的影响

W具有高的热惯性以及低的绝热火焰温度,导致其在空气中难以燃烧。为改变W的燃烧特性,通过机械合金化将20%(质量分数)的Zr引入W中。XRD、SEM及STEM分析表明,球磨30 h后,Zr的衍射峰完全消失,得到了单相bcc结构的W(Zr_(20))超饱和固溶体合金粉末。在此基础上,以Zn粉作为粘结剂,采用热压工艺制备WZrZn合金。准静态力学性能测试和弹道枪试验结果表明,以W(Zr_(20))合金粉末为原料制备的W(Zr_(20))-Zn_(30)合金的抗压强度和能量释放特性明显优于机械混料制备的W/Zr_(20)-Zn_(30)合金。在1200 m/s的冲击速度下,W(Zr_(20))-Zn_(30)合金的反应超压达到0.21 MPa,能量释放特性优异。同时,在反应产物分析中,发现大量钨的燃烧产物WO3,表明Zr的固溶诱发了W的燃烧反应,有效提高了WZrZn合金的冲击反应特性。