弹头形状对TC4-Al_(3)Ti叠层复合板侵彻性能影响的数值分析

TC4-Al_(3)Ti叠层复合材料由于其低密度、高强度的特点被广泛应用于装甲防护材料。为深入研究TC4-Al_(3)Ti叠层复合板的抗侵彻性能,结合弹道冲击试验和有限元数值模拟技术,采用一级轻气炮试验台对TC4-Al_(3)Ti叠层复合板进行弹道冲击试验,并利用LS-DYNA软件建立了接近弹道冲击试验工况的有限元模型,通过对比分析模拟仿真及试验获得的弹体剩余速度和靶板破坏形态,验证了该有限元模型的有效性。在此基础上,重点开展了弹头形状对靶板抗侵彻性能的影响研究。结果表明:在所研究速度范围内,TC4-Al_(3)Ti叠层复合板抗平头弹的侵彻能力最强,其次是半球形头弹,而对球形弹的抵抗能力最弱。

Al_(3)Ti/A356复合材料微观组织及力学性能研究

采用原位铸造法将Al_(3)Ti颗粒与铝基体复合可制备出高比强度的Al_(3)Ti/Al复合材料。原位Al_(3)Ti相易生成大尺寸长杆状颗粒且易团聚,降低熔体铸造性能并造成铸造缺陷。将超声处理工艺与原位铸造法结合,借助超声的空化和声流效应可有效分散并细化Al_(3)Ti颗粒,从而制备出组织均匀及性能优异的Al_(3)Ti/Al复合材料。本文以Al和K2TiF6为反应体系,通过超声辅助熔盐法制备出10%Al_(3)Ti/Al(质量分数)中间合金,在此基础上采用超声辅助重熔稀释法可制备出组织均匀及力学性能良好的5%Al_(3)Ti/A356(质量分数)复合材料,并对其微观组织和力学性能进行分析。结果表明,向A356基体中加入5%(质量分数)Al_(3)Ti,能够显著细化晶粒,α-Al平均晶粒尺寸从250μm细化为135μm,降低了46%;T6热处理态复合材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为232 MPa、287 MPa、3.5%,相比于A356合金分别提高了10.4%、12.5%、94.4%。

基于物质点法Ti/Al_(3)Ti层状复合材料抗斜侵彻性能研究

为研究Ti/Al_(3)Ti层状复合材料在弹体斜侵彻下的防护性能以及解决有限元法模拟侵彻过程存在的网格畸变问题,利用物质点法建立了弹体侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的数值模型,模拟了弹体侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的过程,得到的弹道冲击靶板应变云图和弹体剩余速度时程曲线与已有文献结果对比,吻合较好。并基于物质点法模拟了卵形弹以不同入射角度侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的过程。当弹体入射角度θ从0°增加到45°时,弹体垂直靶板方向弹体剩余速度减少,Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的能量吸收率从43.4%增加至99.9%。且当弹体入射角度为45°时,发生了明显的跳弹现象。结果表明:随着弹体入射角度的增加,Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的抗斜侵彻性能提升。

振动耦合场作用下低温原位合成Al_(3)Ti/Al-Mg-Mn复合材料的组织与力学性能

通过超声和机械振动耦合场辅助,采用原位反应法制备了Al_(3)Ti/Al-Mg-Mn复合材料,研究了反应温度和耦合场作用时间对其组织演变和室温力学性能的影响。结果表明:超声和机械振动耦合场可以促进原位反应的进行,分散细化Al_(3)Ti颗粒。经760℃耦合场处理10 min后,Al_(3)Ti/Al-Mg-Mn复合材料室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为222,119 MPa和8.1%,相比于Al-Mg-Mn基体,室温抗拉强度和屈服强度分别提高了17.5%和25.2%,伸长率由8.7%降低至8.1%。室温力学性能的提升,主要归因于Al_(3)Ti增强相引起的细晶强化、载荷传递强化和热错配强化,其中热错配强化对于复合材料强度的提升贡献最大。

热等静压烧结制备Ti/Al_(3)Ti金属间化合物层状复合材料的微观结构和性能

Ti/Al_(3)Ti金属间化合物层状复合材料因其本身具有高比弹性模量、低密度、高比强度、抗蠕变能力强、抗氧化能力强、耐高温等优异的性质,在航天精密零部件、装甲防弹、现代武器、汽车工业等领域广泛应用。利用热等静压烧结工艺制备了Ti/Al_(3)Ti金属间化合物层状复合材料,对复合材料的微观结构、显微硬度、压缩性能、拉伸性能进行了探究。结果表明:在保温700℃、压力为150 MPa条件下,烧结得到的复合材料无明显缺陷、界面结合良好;复合材料的硬度值呈周期性变化,Ti层在300 HV左右、Al_(3)Ti层在530—600 HV之间、中心线处在530—540 HV之间;Ti层的引入对复合材料整体韧性有所提升,在静态压缩测试中垂直于叠层方向的平均最大抗压强度为1185.1 MPa、平行于叠层方向为894.6 MPa,在静态拉伸测试中最大抗拉强度为281.7 MPa。说明,采用热等静压烧结工艺制备的Ti/Al_(3)Ti金属间化合物层状复合材料具有优异的力学性能。

玻璃纤维强化Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的方法与性能研究

利用真空热压烧结工艺,以一种新型的材料排列方式(复合材料前半部分为Ti/Al_(3)Ti层状复合材料,后半部分在Ti/Al_(3)Ti层之间扦插玻璃纤维),成功利用玻璃纤维强化Ti/Al_(3)Ti层状复合材料。在同样的工艺条件下,通过改变玻璃纤维的层数(玻璃纤维的体积分数),探究玻璃纤维的层数对复合材料静态压缩性能、静态拉伸性能的影响。研究结果表明:随着玻璃纤维层数的增加,复合材料的静态压缩性能与静态拉伸性能都有提升,但不是简单的正相关,而是前期提升效果明显,后期提升效果不明显;同时,复合材料的静态压缩性能在沿垂直于叠层方向测试时,提升效果要比沿平行于叠层方向测试时明显。

硬质相形状对Ti-Al_(3)Ti仿生复合材料断裂行为影响的数值模拟研究

Al_(3)Ti具有低密度、高硬度等特点,然而,由于其具有较高的脆性,导致较小的变形下便会发生破碎。为了提高Al_(3)Ti的应用范围,受生物结构的启发,根据贝壳珍珠层、海螺壳和鱼鳞的几何结构,建立了Ti-Al_(3)Ti仿生有限元计算模型,研究了硬质相形状和加载速度对材料断裂的影响,从断裂行为、裂纹扩展过程和吸能效果等角度分析仿生复合材料的抗断裂机理。定义了形状系数,并对结构进行优化设计。结果表明,在准静态条件下,硬质相形状对仿珍珠层试样的断裂行为有显著影响。长方形硬质相能更好地抑制裂纹向载荷端扩展,从而提高试样的承载能力。形状系数在5.0左右的试样表现出最优的抗断裂能力和吸能效果。在动态冲击条件下,软质相抑制裂纹扩展的能力增强,使长方形试样的抗断裂能力和吸能效果得到进一步提高。

CeO_(2),Y2O_(3)和ZrO_(2)掺杂Ti/Al_(2)O_(3)复合材料的制备与力学性能

实验采用无压气氛烧结方法,在1450℃的Ar气氛中制备了四组样品,分别为CeO_(2)、Y2O_(3)和Zr O_(2)掺杂的Ti/Al_(2)O_(3)复合材料以及未掺杂的空白Ti/Al_(2)O_(3)复合材料。通过四组样品显微结构的对比以及相对密度的计算,探讨了三种烧结助剂对Ti/Al_(2)O_(3)复合材料致密化的影响。计算结果表明,Ti/Al_(2)O_(3)-CeO_(2)复合材料的孔隙率为19.33%,具备最佳的相对密度。四组样品力学性能的计算结果发现,本实验样品中Ti/Al_(2)O_(3)-CeO_(2)复合材料同样具有最优异的力学性能,弯曲强度和断裂韧性分别达到178.26 MPa±2.14 MPa和2.53 MPa×m^(1/2)±0.11 MPa×m^(1/2),强度和韧性相对于空白的Ti/Al_(2)O_(3)复合材料提高了20%以上。此外,采用了X射线衍射分析了四组烧结样品的物相成分。结果表明,Ti与Al_(2)O_(3)之间发生界面反应,生成产物为Ti Al和Ti3Al,CeO_(2)掺杂组样品烧结过程中发生反应生成Ce-Al-O三元化合物,促进了复合材料的致密化烧结。同时,对复合材料力学性能的提升起到了良好的效果。

烧结温度对Al_(3)(Zr,Ti)/2024Al复合材料组织与性能的影响

以2024铝合金粉末为基体材料,纯Zr粉和纯Ti粉作为增强体材料,采用粉末冶金的方法制备出了Al_(3)(Zr,Ti)/2024Al复合材料。通过对Al-Ti-Zr三元体系进行差示扫描量热分析(DSC),确定了初步烧结温度。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、万能拉伸试验、显微硬度仪以及电化学性能测试等研究了烧结温度对复合材料组织与性能的影响。结果表明:随着烧结温度的升高,复合材料的抗拉强度和硬度均呈现出先增大后减小的趋势,耐腐蚀性能呈现出先上升后下降的趋势。当烧结温度为850℃时,复合材料的抗拉强度、硬度和腐蚀电位达到最大,分别为458.06 MPa、149.8 HV0.01和-0.451 V,腐蚀电流密度为1.888×10^(-6) A/cm^(2)。随着烧结温度的升高,复合材料的致密度呈现出上升的趋势,孔隙度呈现出下降的趋势,当烧结温度为950℃时,复合材料的致密度达到了98.88%,孔隙度下降到了1.12%,说明烧结温度的适当提高可以使复合材料的致密度提高。

纤维增强Ti/Al_(3)Ti金属-金属间化合物层状复合材料研究进展

连续纤维增强的金属-金属间化合物层状复合材料兼具高强度、高模量和良好的韧性等优异性能,逐渐成为国内外学者的研究重点。这种复合材料包含庞杂的体系、复杂的结构和性能表现,因此有必要对其制备技术、结构特征和综合性能开展深入的研究。以纤维增强Ti/Al_(3)Ti层状复合材料为对象,系统地综述了其研究现状。首先介绍了Ti/Al_(3)Ti等层状复合材料的制备技术,并着重探讨了真空热压烧结和超声波固结辅助热压烧结两种方法在制备纤维增强Ti/Al_(3)Ti层状复合材料方面的优缺点;然后围绕陶瓷纤维、金属纤维和形状记忆合金纤维增强的Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的组织结构、力学性能和功能特性进行了述评;随后阐述了纤维增强Ti/Al_(3)Ti层状复合材料中各种纤维的强韧化机制;最后结合现有研究中存在的主要问题,对连续纤维增强金属-金属间化合物层状复合材料未来的发展方向进行了展望。

DEVELOPING MULTIPHASE AL_3Ti ALLOYS

To explore the approaches of combined toughening and strengthening of the Al_3Ti-based L1_2 intermetallic alloys, multiphase Al_3Ti alloys formed by combining with reinforcement or by second phase precipitation are being studied. The interface reactions between Al_(66)Fe_9Ti_(25)matrix and SiC reinforcement were investigated. It is determined that SiC is chemically incompatible with the Al_(66)Fe_9Ti_(25)matrix, Al_2O_3 barrier coating on SiC by sol-gel process was developed to minimize the interfacial reactions. On the other hand, a new type of Al_3Ti-based alloy having a L1_2 matrix with second phase precipitation has been developed. The quaternary alloys based on Al_(66)Fe_9Ti_(25)and modified with Nb additions, consist of a L1_2 matrix and D0_(22) second phase in the annealed state ,but the second phase can be dissolved by solution treatment and precipitated during high temperature aging.

熔体合成Al_(3)Ti/Al复合材料反应机理研究

采用Al-Ti和Al-K_(2)TiF_(6)体系熔体合成Al_(3)Ti/Al复合材料,研究两者熔体反应机理。结果表明,低温条件下,前者属于典型的固液反应,产物呈Al_(3)Ti包裹Ti的壳核结构;后者为高放热反应,Al_(3)Ti通过溶解析出机制从氟盐/铝双层熔体界面形核、生长,其形态主要受反应动力学影响。