含硼氮中碳铝镇定钢中BN夹杂析出热力学分析

运用数值模拟方法对含硼氮中碳铝镇定钢中BN 析出的热力学条件进行分析,研究该钢种在冶炼浇注及加热奥氏体化过程中BN夹杂物的析出规律,并与试验情况进行了比较.结果表明,在钢液中初始ω（B）≤0.012%、初始w（N）≤0.03%的情况下,含硼氮中碳铝镇定钢浇注凝固过程中不能析出BN夹杂物,且钢液中B的富集程度远高于N,凝固末期残余液相中,B浓度是其初始浓度的20倍,N 浓度约为其初始浓度的2.1倍;钢中ω（B）为0.005%-0.01%、ω（N）为0.01%-0.03%时,在1470K奥氏体化温度以下,可以稳定析出BN夹杂物,B、N含量越高,BN夹杂开始析出的温度越高;在奥氏体化过程中,钢坯中酸溶铝含量越高,越容易析出BN夹杂物.

含铝炸药爆热的实验研究

利用恒温式量热计测定了含铝炸药在空气、水和真空中的爆热值。根据爆热分析了含铝炸药的反应机理 ,认为含铝炸药在空气中爆炸时 。

含铝炸药爆压及能量释放过程的研究

利用有机玻璃法计算了不同配方的含铝炸药的爆压,并根据有机玻璃中冲击波的传播轨迹分析比较了不同含铝炸药的能量释放过程。结果表明,RDX/AP比例一定时,铝含量增加,含铝炸药的爆压减小,后期释放的能量增加。铝含量一定时,随RDX/AP比值的增大,含铝炸药的爆压增加,后期释放的能量基本一致。

含铝炸药起爆机理的研究

通过高速照相，直接观察含铝 Ｐ Ｅ Ｔ Ｎ 炸药在落锤撞击期间熔化、点火和爆炸的过程。收集轻气炮实验后的固体爆炸产物，并对其进行扫描电子显微（ Ｓ Ｅ Ｍ） 分析，发现铝在炸药爆轰过程中氧化燃烧的痕迹。使用 Ｄ Ｙ Ｔ Ｒ Ａ Ｎ程序，进行了相关的数值计算，从理论上描述了冲击波扫过含铝炸药热点形成的过程。

高氯酸铵包覆层对硼粉燃烧性能的影响

为揭示高氯酸铵(AP)包覆层对硼燃烧性能的影响规律,采用溶剂蒸发法制备了AP包覆硼(AP/B)复合粒子。借助扫描电镜评估了AP/B复合粒子的包覆效果,利用CO2激光点火装置研究了AP/B复合粒子点火燃烧特性,通过量热弹测试了DNTF基AP/B复合粒子炸药的爆热值。结果表明:严格控制溶剂蒸发法工艺参数可使AP均匀地析出在硼的表面上,并实现硼的较好包覆;AP包覆层可以改善硼的燃烧完全性,AP/B复合粒子相比于硼粉以及AP燃烧更为剧烈且光照强度瞬间增至最大值;AP/B复合粒子可明显提高炸药能量释放率,DNTF基AP/B复合粒子炸药爆热值(7 696 kJ/kg)较相同配方未包覆炸药爆热值(7 208 kJ/kg)提高6.5%以上。

CL-20基含铝炸药组分微结构对其爆炸释能特性的影响

为了改善铝粉在CL-20基含铝炸药中的反应动力学特性,利用溶剂-非溶剂法制备了CL-20/Al复合颗粒,实现了CL-20与Al在微结构上的紧密结合,通过直接法制备了由CL-20/Al复合颗粒构成的组分质量分数为85%CL-20/10%Al/5%黏结剂的含铝炸药,并与常规法制备的相同组成的CL-20基含铝炸药进行了机械感度、爆热、爆炸罐试验和圆筒试验等结果的对比。结果表明,CL-20/Al复合颗粒会使含铝炸药的撞击感度略有提高,而摩擦感度不变,但总体上对机械感度影响不大;通过CL-20/Al在微结构上的复合,缩短了Al粉与爆轰产物之间的扩散距离,可以显著改善Al粉的反应动力学性能,提高Al粉在含铝炸药爆炸过程中的反应完全性,促使部分Al粉在爆轰区内参与反应,相比于常规法制备的相同组成的含铝炸药,可使含铝炸药的爆热从6787 J/g提高至6930 J/g,爆炸罐内爆炸场最高温度从544.3℃提高至661.2℃,格尼系数由2.88 mm/μs提高至3.10 mm/μs。

HMX基含硼铝炸药的释能特性和作功能力

如何有效地运用活性金属来提高炸药的爆炸威力和作功能力是设计金属化炸药的关键问题。为探索B/Al复合粉在增爆炸药和温压炸药中的应用,设计并制备了3种HMX基含硼铝炸药。对Φ100 mm×105 mm样品,用空中爆炸试验和水下爆炸试验研究其能量释放特性;用Φ50 mm圆筒试验评价其作功能力,讨论了微米金属粉含量对含硼铝炸药的释能过程和作功能力的影响。结果表明,空爆和水下爆炸中,在HMX的爆轰作用下,铝粉燃烧能够促进硼粉的后燃效应,释放出大量的燃烧热,形成高温高压的膨胀产物,增加空中爆炸火球的持续时间和水下爆炸的总能量。圆筒试验中,在爆轰产物驱动铜管膨胀破裂之前,没有足够的氧和硼反应,未能体现含硼铝炸药中B的燃烧能量优势。当铜管壁膨胀破裂后,空气中的氧可进一步与B/Al复合粉反应释放大量的燃烧热,增强后效作功能力。

用弹簧探针法测试含硼铝炸药的爆轰性能

为探索硼铝复合粉在热固PBX中的应用,以HMX为基,加入氧化剂高氯酸铵(AP)、硼铝复合粉和聚氨酯黏结剂,设计和制备了6种配方的含硼铝炸药;分别制备3种带壳体及3种不带壳体的Φ50mm含硼铝炸药柱;用弹簧探针法测试了无壳体药柱和带壳体药柱的爆速,分别用经验公式和相对凹坑深度法计算了爆压,讨论了硼铝复合粉含量对其爆轰性能的影响。结果表明,炸药GH-4、GH-5和GH-6用手工浇注成型,Φ50mm×150mm炸药柱密度在1.530~1.570g/cm3之间,爆速在6.900~7.400mm/μs之间,爆压约19GPa,适用于含硼铝炸药配方筛选;炸药PF-1、PF-2和PF-3用真空振动浇注成型,Φ50mm×110mm炸药柱密度约1.693g/cm3,爆速在7.800~8.000mm/μs之间,爆压约24GPa。炸药PF-3中含质量分数20%、硼铝质量比1∶1的复合粉,含金属炸药的组合效应使少量硼铝复合粉在反应区参加反应,其爆速和爆压值较其他配方高,表明弹簧探针法可作为炸药爆速测试的一种补充电测法,在无法实施铜箔探针法的情况下,可以考虑用弹簧探针法。

硼铝复合粉在含能材料中的应用

在归纳和总结金属化炸药研究基础上,以HMX为基,加入氧化剂AP、B/Al复合粉和聚氨酯粘结剂,设计和制备含硼铝炸药。用扫描电镜观测了B粉、Al粉及B/Al复合粉的外观形貌,获得各种尺度下的扫描照片;测试了含硼铝炸药的机械感度、电火花感度和雷管起爆感度,了解金属化炸药对各种外界能量刺激的安全性;对制备的Φ50 mm含硼铝炸药柱,用弹簧探针法测试爆速,分别用经验公式和相对凹坑深度法计算爆压,讨论了B/Al复合粉含量对其爆轰性能的影响。结果表明,B/Al复合粉中,球形Al粉的表面有许多小颗粒的硼粉。含硼铝炸药的机械感度较高,使用钝化HMX和AP后感度明显降低,添加聚氨酯粘结剂后感度进一步下降。PF-1、PF-2和PF-3炸药用真空振动浇注成型,Φ50×110 mm炸药柱密度约1.693 g·cm-3,爆速在7.800~8.000 mm·μs-1之间,爆压约24 GPa。PF-3炸药中含20%质量比1∶1的B/Al复合粉,含硼铝炸药的组合效应使少量B/Al复合粉在反应区参加反应,与其他炸药相比,其爆速和爆压值较高。

航空餐车内置式防爆罐抗爆性能的数值模拟

针对飞机客舱爆炸物或可疑爆炸物的应急处置难题,提出一种航空餐车内置式防爆罐。为研究防爆罐的抗爆性能,采用S-ALE和流固耦合(FSI)方法,基于LS-DYNA软件建立防爆罐的仿真模型,研究防爆罐内部爆炸载荷的分布规律和衰减规律,分析防爆罐吸能效果。对防爆罐结构强度进行了评估与优化,在防爆罐盖体退刀槽外侧增加材料,降低盖体塑性应变,提高安全系数。

w_(Ti)/w_N和w_(Al)对含B钢淬透性及力学性能的影响

针对具有不同w_(Ti)/w_N的低Al-Ti-B系列和高Al-B试验钢进行末端淬火试验和调质热处理试验,通过淬透性曲线、热力学计算、组织和力学性能的对比分析,研究了w_(Ti)/w_N和Al含量对含B调质钢淬透性及力学性能的影响。结果表明,低Al-Ti-B系列钢的w_(Ti)/w_N大于3.42时,Ti能有效地固N保B提高淬透性,但过高的w_(Ti)/w_N又容易形成粗大的TiN颗粒降低韧性;w_(Ti)/w_N小于3.42时,Ti固N的能力有限,多余的N易与B结合形成BN降低淬透性;试验钢中较合适的w_(Ti)/w_N为3.93,保证了较高的淬透性和综合力学性能。高Al-B钢中较高的Al含量(0.083%,质量分数)起到了固N保B的效果,其淬透性最好,能获得全厚度马氏体组织,具有高的强韧性。此外,钢中过高的N含量易与Ti、B结合形成对淬透性和韧性不利的粗大TiN和BN颗粒,为确保含B调质钢的淬透性和强韧性,应严格控制钢中的N含量。