Wf/Zr基复合材料长杆弹在不同速度下的头形转变规律

目的预测金属玻璃复合材料长杆弹在不同撞击速度下的侵彻/穿甲性能,为优化弹体撞击速度和弹体头部形状等提供理论指导。方法结合相关侵彻试验,基于细观有限元建模及修正的热力耦合本构模型,开展了钨纤维增强金属玻璃复合材料长杆弹在不同速度下侵彻钢靶的有限元模拟,分析了不同速度下复合材料弹体破坏模式的差异,讨论了撞击速度对复合材料弹体头部形状变化影响规律及其内在机理。结果低速撞击条件下,复合材料长杆弹体头部的钨纤维发生剧烈的屈曲弯折变形,弯折钨纤维堆积在头部,形成较厚的“边缘层”,且存在1~2条剪切带,弹体头部表现为“细长尖卵”形状;随着撞击速度逐渐增加,弹体头部钨纤维的弯折变形程度逐渐有所降低,“边缘层”厚度也有所减小,且外侧钨纤维开始发生屈曲回流,头形逐渐转变为“短粗尖卵”形状,且尖锐程度随撞击速度增加而降低;在高速撞击条件下,弹体头部“边缘层”显著变薄,同时最外侧钨纤维发生屈曲回流,弹体头部表现为“扁平”形状。结论撞击速度对复合材料弹体的头部变形及破坏特征具有重要影响。随着速度增加,复合材料弹体头部形状逐渐从“细长尖卵”转变到“短粗尖卵”,最后变为“扁平”。

高速自锐侵彻战斗部引信动力学响应与磁场特征研究

在当今军事技术的快速发展中,高速自锐侵彻战斗部在毁伤深埋高价值硬目标与多层建筑时,具有巨大的战略价值;文章通过建立动力学响应和磁场分析模型,深入研究自锐战斗部侵彻6 m C40混凝土靶板和多层钢筋混凝土靶板时引信的力学与磁场响应特性,为提高侵彻自锐战斗部毁伤精度提供支撑;在引信动力学响应的研究中,战斗部侵彻混凝土靶板历程,侵蚀后的靶板呈现出漏斗形状,随着战斗部侵彻的深入,应力波的稀疏效应逐渐减弱,战斗部的速度线性衰减,并在最终进入稳定侵彻模式的过程中,速度下降约52%;由于应力波在战斗部内部的传递与叠加导致引信位置检测的过载信号较为震荡;在引信磁场分析的研究中,地磁倾角为90°、地磁偏角为0°(即地磁场垂直于靶板中心线)时,X、Y轴磁通密度幅值小、信号无规律、穿层特征不明显;Z轴磁通密度幅值大、信号规则、穿层特征明显;地磁场强度越大,钢筋半径越大,地磁倾角越大,侵彻靶板层信号特征越明显。而Z轴磁通密度不受地磁偏角影响。

饲料粉碎机锤片磨损特征与自磨刃强化处理

在分析粉碎机锤片磨损钝化过程中形貌变化对加工效率影响的基础上,提出了锤片自磨刃强化处理的工艺方法。采用气体渗碳方法对粉碎机锤片两侧面进行渗碳处理,对锤片端面及轴孔作防渗处理,配合相应的热处理工艺,使锤片两侧刃和刃间形成不同的金相组织,两侧刃的硬度远大于刃间硬度。经生产试验证实,在锤片的整个工作过程中不形成断面圆角,保持了对物料的正面打击和棱角剪切作用。

金属陶瓷自磨刃割刀对苜蓿低损伤切割机理分析

通过数值模拟仿真分析了割刀刃口曲率半径对苜蓿切割过程力学特性的影响,采用超重力燃烧合成技术制备金属陶瓷梯度材料,按照国标要求制备旋转式割草机割刀,探讨了金属陶瓷割刀作业过程中自磨刃形成原理及其对苜蓿的低损伤切割机理,并进行了田间试验验证。结果表明,割刀刃口曲率半径是影响锋锐性的重要因素,曲率半径越大,刃口钝化越严重,割刀对茎秆的切割作用变弱,而撞击作用增强,茎秆生长方向(Z方向)拉应力增大,形成撕裂拉拔作用,使苜蓿切口粗糙、根部松动。自磨刃割刀的后刀面为金属陶瓷材料,其硬度高(760~780 Hv)、耐磨性好,前刀面硬度呈梯度平缓变化趋势,在作业过程中磨损均匀,刃口曲率半径变化较小而形成自磨锐特性,实现了对苜蓿的低损伤切割。田间试验表明,在相同条件下,与市售割刀相比,金属陶瓷自磨刃割刀切割苜蓿66.7 hm^2后仍然保持锋锐的切割性能,苜蓿切口平齐,组织损伤较轻,自愈过程正常,再生芽保留完整,再生周期可缩短5~10 d。

钨纤维增强金属玻璃复合材料弹穿甲钢靶的实验研究

为具体研究钨纤维增强金属玻璃复合材料的力学特性及其穿甲自锐特征,开展了相应的准静态和动态力学实验,并用火炮开展了复合材料弹体撞击钢靶的穿甲实验,同时利用金相分析对材料失效模式进行了较系统的识别和分类,并同静动态实验数据进行比较分析,最后开展了材料自锐剪切失效的机理讨论。实验获得了复合材料的静动态力学特性及其自锐穿甲的形貌,相关分析显示,材料的变形具有明显的应变率效应,在复合材料弹体侵彻/穿甲过程中,弹体的破坏方式主要表现为局域化的剪切变形和断裂,并呈现出4种自锐剪切失效模式,增强钨纤维也表现出3类失效破坏模式。

国内外农机自磨刃割刀的制备及其研究进展

综述了农机割刀的制备、自磨刃形成机理以及国内外研究情况,分析了自磨刃割刀的结构设计。阐述了自磨刃割刀的材料设计,同时还探讨了我国自磨刃制备技术存在的问题及发展方向。

自锐性金刚石树脂砂轮磨削性能的研究

本文通过对比磨削试验,研究了自锐性金刚石(CSD)树脂砂轮的磨削性能。试验结果表明,由于CSD形状不规则,有许多凹入角和粗糙表面,树脂结合剂对CSD的把持力较普通金刚石强,所以在磨削各参数相同的条件下,自锐性金刚石砂轮与普通金刚石砂轮相比,其磨削比提高60%以上。且由于CSD的内部为许多单个亚晶粒所组成的镶嵌的颗粒,因此在应力作用下,只有很小的不规则的碎片崩掉,从而在每个颗粒的表面上留下许多新的小切削刃,故其加工工件的表面粗糙度值较低。

长杆弹截面形状对垂直侵彻深度的影响

结合现有实验数据,针对圆形、矩形和三角形3种截面形状的5种93W长杆弹对半无限4340钢靶在入射速度为1500～1800m/s时的侵彻进行数值研究。结果表明:数值计算结果与实验吻合较好;对于同种入射速度、相同弹体长度、同种弹体和靶板材料而言,等截面面积的三角形截面的长杆弹侵彻深度明显高于矩形和圆形截面的侵彻深度,而圆形与矩形之间并没有明显区别;三角形截面长杆弹侵彻过程中的自锐化现象是其侵彻深度明显大于其它两种弹体的主要原因。

新型自锐化钨合金材料研究

采用粘结相成分设计方法制备了一种新型自锐化钨合金材料,对所获得的材料进行了微观分析和性能测试。结果表明:与相同钨含量的常规钨合金相比,所制备的新型钨合金材料的动态抗压缩强度很高;在动态压缩加载条件下,材料的破坏形式为沿着试样加载方向(轴向)发生劈裂脱落,基本不出现塑性变形行为,这种特殊的失效模式有利于弹体在侵彻过程中产生“自锐化”现象。

钨纤维复合材料穿甲弹芯侵彻时的自锐现象

对钨合金穿甲弹和钨纤维/Zr合金金属玻璃基复合材料穿甲弹进行了靶场对比侵彻实验。穿甲弹侵彻过程中,钨合金弹芯头部形成蘑菇头、头部晶粒被径向压扁;钨纤维复合材料弹芯头部在侵彻过程中,发生了绝热剪切破坏,具有自锐行为,且在弹芯头部形成很薄的边缘层,仅在这层中金属玻璃基体破碎,钨纤维断裂,温度升高,质量消蚀。钨纤维复合材料穿甲弹的侵彻能力明显高于钨合金穿甲弹。

热挤压钨合金的组织性能研究

对95W合金进行热挤压形变强化,分别沿挤压棒材轴向和径向进行静态、动态力学性能对比研究,并对测试后的试样进行显微组织和断口分析。结果表明,动态加载下纤维组织力学性能各向异性显著,沿纤维轴向具有较高的塑性,低的屈服强度;沿径向具有较低的塑性和高的屈服强度。分析表明,剪切破坏是导致动态加载下径向与轴向性能显著差异的主要原因,据此提出了将热挤压与扭转变形相结合,提高钨合金穿甲自锐化能力的新途径。

原子力显微镜探针批量制备工艺分析

为实现低成本原子力显微镜(AFM)探针的制备,开展了基于6英寸(1英寸=2.54 cm)绝缘衬底上的硅(SOI)的AFM探针制备方法的研究,实验分析了采用KOH湿法腐蚀纳米硅针尖的时间对针尖形貌的影响,给出了纳米硅针尖的缺陷类型以及产生缺陷针尖的原因,同时针对深硅干法刻蚀过程中散热不均的现象,提出采用导热系数高的黏接材料来改善散热问题。实验结果表明,基于6英寸SOI制备的AFM探针悬臂梁厚度偏差为±0.5μm,成品率大于90%,对制备的自锐式AFM探针与商用AFM探针进行了测试对比,自制AFM探针的扫描质量达到了当前商用探针的水平,满足形貌表征的需求。

真空复合轧制自磨锐割刀与其结合界面组织性能研究

采用真空复合轧制工艺,将3种钢板(GCr15、Q420、IF)轧制成梯度复合材料,对其结合界面处的微观组织、成分及硬度分布、抗剪强度进行了检测,并对梯度材料自磨锐割刀进行了田间试验。结果表明,不同板层界面处材料间相互咬合形成较为紊乱的冶金结合方式,界面处元素相互扩散形成过渡区,组织缺陷较少。结合界面处的抗剪强度均超过了国标要求,且断裂方式为韧性断裂,不同界面间存在较为平缓的硬度梯度变化。梯度材料自磨锐割刀后刀面、刀尖及刃口材料为GCr15钢,硬度高、耐磨性好,前刀面的硬度呈梯度变化,磨损均匀,作业过程中可始终保持刀尖前凸,刃口曲率半径变化较小,能够长时间保持刃口的锋锐性与再生作物的低损伤切割。田间试验结果表明,相同作业条件下,梯度材料自磨锐割刀耐磨性是市售割刀的3倍以上。

块体金属玻璃及其复合材料的压缩剪切特性和侵彻/穿甲“自锐”行为

块体金属玻璃及其复合材料以其优异的力学、物理和化学性能,正成为国内外科技和工程领域的研究热点.特别是金属玻璃复合材料具有高剪切敏感性和剪切"自锐"特性,使其有可能成为新型穿甲弹芯材料,因而具有重要的军事意义.本文综述了针对块体金属玻璃及其复合材料的压缩剪切变形和断裂特性及高速冲击、侵彻/穿甲过程中剪切"自锐"行为等方面的研究进展,包括相关实验研究、理论分析及有限元模拟等,最后给出未来相关工作的一些建议.

组合杆式穿甲弹的侵彻能力仿真分析

设计了一种由钨合金和碳化钨组成的新的组合杆式穿甲弹结构,运用有限元仿真软件对其侵彻半无限钢靶的能力进行仿真分析,发现其在侵彻靶板过程中能够出现结构自锐现象。仿真结果表明组合杆式结构穿甲弹的侵彻能力优于单杆式钨合金穿甲弹。并分析了组合杆式穿甲弹中的钨合金和碳化钨两种弹芯的直径比变化对侵彻的影响,得出在不同着靶速度段对应着不同的最优直径比,此结论能够应用到工程实际中。

稀土催渗碳氮硼共渗自磨刃割刀组织与性能研究

目的提高旋转式割草机割刀耐磨性能和切割锋锐性能,以实现刃具的长寿命作业和对作物的低损伤收获。方法采用固体稀土催渗碳氮硼共渗,对割刀后刀面及刀尖进行局部化学热处理,通过扫描电子显微镜、光学显微镜及显微硬度计对共渗层组织、微区成分及硬度分布进行检测,探讨割刀作业过程中形成自磨锐特性,并进行田间试验验证。结果割刀经850℃×4 h稀土催渗碳氮硼共渗后,后刀面及刀尖表面由硼化物层(厚度约50~70μm)和碳氮共渗层(厚度约750~1000μm)组成,刃口处经高频加热油淬后,外层硼化物由于共晶重熔使硬度有所增加。共渗割刀在厚度方向上实现了组织、成分和硬度的梯度均匀变化,碳氮共渗层对表面高硬硼化物支撑能力有较大提升。作业过程中,割刀后刀面及刃口处的表层硼化物硬度高、耐磨性好,不易剥落及崩刃,使用寿命长,刃口突出可始终保持锋锐的切割性能,从而形成了自磨锐特性,实现了对再生作物的低损伤切割。田间试验结果表明,与市售割刀相比,共渗割刀耐磨性较高,长时间作业后仍能保持锋锐的切割性能,有利于作物切口的愈合与再生。结论稀土催渗碳氮硼共渗的割刀,由于组织、成分、硬度的梯度均匀变化,在作业过程中形成自磨刃,实现了刃具的长寿命作业和对作物的低损伤收获。

向镍基钎料中添加Ni/MoS_2制备自锐性金刚石工具

向镍基钎料中添加3%、5%的Ni/MoS2,在保护气氛炉中制备钎焊金刚石试样,钎焊温度1050℃,保温5min。利用扫描电镜对钎焊后金刚石的形貌和钎焊接头微观组织进行分析,使用维氏硬度仪测试接头硬度分布。结果表明,添加Ni/MoS2的镍基钎料对金刚石仍有较好的润湿性,碳化物Cr3C2在金刚石表面形核长大,与金刚石表面的原子排布具有一定的位向关系;碳化物Cr7C3的形貌由实心变成空心;添加5%的Ni/MoS2时,钎焊层硬度由830HV0.2降低到690HV0.2,有利于降低钎焊应力和提高金刚石的出露高度。

合成自锐性金刚石用低成本触媒研究

本文利用气雾化方法制备了Fe100-Χ-Y1MnY1NiΧ,Fe100-Χ-Y2MnY2NiΧ,Fe100-Χ-Y3MnY3NiΧ(Y1<Y2<Y3)三种触媒,利用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对粉末的性能进行了检测,分析表明:制备的粉末均为面心立方结构单相固溶体,点阵常数约为0.36nm,接近于金刚石的晶格常数。与石墨不同配比的合成实验表明:Mn含量为Y3时,合成的金刚石呈团粒状结构(CSD),石墨转化率达到70%以上;此种金刚石堆积密度、静压强度、冲击强度和形貌与元素六的PDA产品相当;制备的树脂砂轮磨削效率比普通金刚石磨料砂轮提高了80%,表面粗糙度Ra为0.34μm以下;与现在合成CSD磨料常用的Ni基触媒相比,该触媒成本较低,有较好的应用前景。

超声波振动冲击对锯切过程中锯片自锐性的影响研究

超声波振动辅助加工是一种很好的加工硬脆材料的方法,而且超声波振动冲击能够对金刚石磨具进行修锐。通过观察氧化铝陶瓷材料超声波振动辅助锯切过程中金刚石锯片表面磨粒和结合剂形貌变化、测试分析锯切力及力比的变化特征,研究超声波振动冲击对锯切过程中金刚石锯片自锐性的影响。在超声振动辅助锯切过程中锯片结合剂可被连续地去除使得其工作表面不断有新的磨粒出露,而且金刚石磨粒保持着合适的出刃高度和容屑空间,磨粒表面还可以被微破碎形成微切削刃,因此,保持金刚石锯片工作面得以保持着稳定的锐利性,这也使得在锯切过程中的锯切力和力比不随锯切行程的累积而明显增大。

保温时间对低温陶瓷/Cu-Fe-Sn基结合剂磨具性能与结构的影响

采用粉末冶金法制备低温陶瓷/Cu-Fe-Sn基结合剂金刚石磨具。结合材料电子万能试验机、SEM、XRD等检测手段,研究了保温时间对低温陶瓷/Cu-Fe-Sn基结合剂磨具性能与结构的影响。结果表明:当热压烧结保温时间为8min时,低温陶瓷/Cu-Fe-Sn基结合剂磨具有最佳的力学性能(抗弯强度285.6 MPa,冲击强度10.88kJ/m2);保温时间延长促进了低温陶瓷在金刚石表面铺展润湿,保温8min时,低温陶瓷/Cu-Fe-Sn基结合剂可达到最佳的机械嵌合,提高结合强度。