理论教育 钨锆合金的穿甲破碎行为分析

钨锆合金的穿甲破碎行为分析

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:钨锆合金破片在穿甲过程中发生了破碎行为,但破碎行为不仅发生于靶后,高速撞靶瞬间部分抗压强度低的A-Z型破片在靶前也发生了破碎,并随着靶速的提高变得剧烈。若忽略材料的活性,钨锆合金和易碎钨合金的穿甲破碎形成原理是相似的,均在侵彻过程中解体为破碎群,产生“瀑布”效应,获得更佳的靶后毁伤效果。几种钨锆合金的断面上均发现了微米尺度的缺陷。

钨锆合金的穿甲破碎行为分析

钨锆合金破片在穿甲过程中发生了破碎行为,但破碎行为不仅发生于靶后,高速撞靶瞬间部分抗压强度低的A-Z型破片在靶前也发生了破碎,并随着靶速的提高变得剧烈。靶前破碎,必然影响破片穿甲能力,并导致破片的部分能量难以穿过屏蔽钢板传递给油气混合物。破片的破碎源于高速撞击,以及侵彻中的结构多处断裂。通过易碎钨合金穿甲试验研究发现:影响易碎钨合金材料的主要静态参数是拉压比、延伸率和断面收缩率;一般来说,抗拉强度、延伸率和断面收缩率较低的材料易碎性好。

若忽略材料的活性,钨锆合金和易碎钨合金的穿甲破碎形成原理是相似的,均在侵彻过程中解体为破碎群,产生“瀑布”效应,获得更佳的靶后毁伤效果。但不同组分和配比钨基合金的破碎特征并不相同,撞击条件下材料内微缺陷成长过程是各种宏观破碎特征不同的原因所在。钨颗粒减少,锆颗粒加入的钨锆合金材料微观组织结构内颗粒的粒径明显小于钨合金材料,材料更易于在颗粒连接或黏结相处发生断裂,抗拉强度将大幅度下降,同撞击条件下破碎现象也会更加明显。因此,控制材料内的颗粒粒径和组织结构特征是获得破片靶后理想破碎行为的技术途径。

金属的粉末冶金成形不同于熔铸制造技术,材料中含有黏结相和大量的金属颗粒,总会存在或大或小的颗粒间隙和黏结相缺陷。几种钨锆合金的断面上均发现了微米尺度的缺陷。这些缺陷也是裂纹形成的起源。破片穿甲过程中材料内部微缺陷在冲击脉冲作用下产生激活并扩大,在拉伸脉冲的作用下开始成核、快速扩展、分岔与合并,逐渐发展成多条裂纹,最终结构失稳而发生整体破碎。整个过程中激活的裂纹核密度和裂纹动态成长过程共同决定了破片的破碎特征。在表17-4中,A-Q型破片材料中微缺陷少于其他两种材料。进一步分析发现,成分锆(Zr)多以氧化态存在于合金中,活性差,同等撞靶条件下裂纹成核的密度小,材料燃烧释放量有限,破片穿甲破碎形成的碎块数和颗粒数目最小。

根据格里菲斯(Griffith:1921)的脆性断裂理论,应力脉冲作用下破片内部(微孔洞、微裂纹等)缺陷发生起裂总是有条件的。只有当外加应力引起的应力强度因子(KI)大于材料起裂韧度(KIC:代表了材料抗脆性起裂的能力,与试件厚度有关)时,微缺陷才能扩大形成核,并发生起裂。应力脉冲的施加及其对材料内部微缺陷的作用再快也有一个时间过程。Tuler(1968)的研究足以说明微缺陷的成长过程不仅与冲击加载应力相关,还与应力持续的时间有关,是一个时间相关的过程。所以,微缺陷经历的起动、非稳定扩展等阶段的成长过程中,空间尺寸改变的同时,时间也在积累。在高速率加载下,裂纹成长、扩展的整个过程需几微秒至几十微秒的时间。若进一步考虑裂纹扩展中的各种障碍,结构整体破碎所需要的时间往往更长,可至上百微秒。破片撞靶发生“微裂纹萌生——裂纹连接长大——裂纹快速发展——材料破碎”的失稳破碎过程中,对钢靶的侵彻仍在继续,靶体变形、破裂及塞块的形成往往也是微秒量级。(www.daowen.com)

综上所述,在高速脆性破片对钢板的穿甲过程中,因高界面压力的存在,破片侵彻过程中的破碎行为是难以避免的。整个过程是一个边穿边碎的过程,破碎行为发生于靶前还是发生于靶后取决于:

①弹体材料内裂纹起始和扩展时间。

②弹体在靶体内受压力脉冲的持续时间。

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