垂直侵彻钢靶过程中钨合金壳体破坏机理研究

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实验结果与分析
利用上面设计的实验系统， 进行了钨合金壳体垂
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侵彻实验结果
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收到初稿日期： 收到修改稿日期： 0110B1%B&D ； 0110B1)B1? 作者简介：程兴旺 ’ 男 ’ &DA) 年生 ’ 博士生，北京理工大学材料科学与工程学院金相教研室，北京 &111<& ，电话： 1&1B)<D&%D?& 4B-EF#： GH+IJKL0&1M H"N-EF#$ ,"-
第 %& 卷 0110 年
第)期 &0 月
稀有金属材料与工程
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垂直侵彻钢靶过程中钨合金壳体破坏机理研究
程兴旺， 王富耻， 王
摘
鲁， 李树奎
; 北京理工大学， 北京 &111<& = 要：进行了钨合金壳体垂直侵彻>? 钢靶板的实验， 成功地获得钨合金壳体侵彻钢靶板时变形破坏演变的完整过程。 通过对回收的钨合金壳体微组织结构的观察与分析， 发现钨合金壳体的主要破坏机制是危险截面区域形成绝热剪切带； 绝热剪切带的形成、 带内 其次， 内腔前端区域发生粘结相撕裂。 建立了壳体侵彻过程危险截面区域失效演变的% 个阶段： 微裂纹的萌生和剪切裂纹的扩展。 材料的失效方式与壳体存在应力集中区域密切相关， 只有在壳体的结构设计中尽可能 降低局部的应力集中系数， 钨合金材料才能既可以发挥优异的侵彻性能， 又可以保证侵彻过程完整性的要求， 从而实现 工程应用和军事应用。 关键词：钨合金壳体； 侵彻； 破坏机制； 绝热剪切带 中图法分类号：@%>A 文献标识码： 3 文章编号：&110B&<?C ; 0110 = 1)B1>0AB1?
万方数据
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稀有金属材料与工程
8G 卷
切带的微观结构明显不同， 在绝热剪切带与基体之间 并不存在一个较宽的钨颗粒逐渐变形的过渡区域。 将图 3 中 4 区域放大 5 如图 ! 所示 6 后明显地发 现钨颗粒及粘结相急剧变形，形成了绝热剪切带，随
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壳体侵彻实验
钨合金壳体所使用的材料为通过液相烧结制备 的 D1U 和 D%U 钨合金， 壳体的几何结构如图 &。结构 设计过程中的受力分析以及数值计算的结果均表明： 壳体应力集中最大的区域， 即危险截面处为壳体的卵 形头部与圆柱形空腔的连程
’$ 卷
壳体与目标靶板所使用材料的基本性能见表$。 !"##。
直侵彻钢靶板的实验。 实验数据及结果见表 %， 侵彻后 回收的壳体如图 % 所示。 从实验的结果可以看出， &’( 钨合金壳体对钢靶 板的侵彻能力高于 &"( 钨合金壳体，这是由于 &’( 钨合金的密度、 强度均高于 &"( 钨合金， 从而提高了
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回收壳体中的绝热剪切带
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壳体受力分析示意图
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回收壳体轴向剖开形貌
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程兴旺等： 垂直侵彻钢靶过程中钨合金壳体破坏机理研究
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从上表可以看出， 虽然 !"# 钨合金材料的韧性比 在侵彻过程中的变形能力也比较 !$# 钨合金材料好， 强， 更加有利于壳体保持完整， 但是由于其强度较低， 尤其动态屈服强度值， 这使得 !"# 钨合金材料易于产 生塑性变形， 失去进一步侵彻目标的能力。 因此， 决定 钨合金壳体侵彻能力的关键因素是材料的动态屈服 强度值， 而韧性的影响较小。 把剖开的壳体制成金相试样， 然后在扫描电子显 微镜下对材料的微观结构及金相组织进行观察。 研究 发现， 无论 !"# 钨合金还是 !$# 钨合金， 壳体头部的 钨颗粒均基本未发生变形， 仅在头部的最边缘存在少 量的变形钨颗粒 % 见图 & ’ 。 可以认为，在钨合金壳体侵彻目标的过程中，由 于危险截面这一薄弱部位的存在， 侵彻过程产生的大
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着形变量的增加，绝热剪切带内萌生了大量的微裂 纹，微裂纹进一步生长、汇合形成了一条沿着绝热剪 切带扩展的剪切裂纹 5 图 7 6 ，最终导致壳体发生断 裂。这一失效演变过程可以分为以下 8 个阶段： 绝热 剪切带的形成；带内微裂纹的萌生；以及剪切裂纹的 扩展。通过抑制后 9 个阶段的出现， 可以有效地保持 壳体在应用过程中结构的完整性。 绝热剪切带两侧钨颗粒的变形方向截然相反 5 图 这与两侧的受力状态密切相关。 实际上， 绝热剪切 76， 是在高应变率和大变形条件下， 材料的热软化效应超 过了形变硬化效应时， 材料所发生的一种剧烈局部变 形行为。钨合金材料对绝热剪切不敏感性是相对的， 材料的细观结构和受力状态是产生绝热剪切变形的 两个重要影响因素 : ! ; < = 。壳体在侵彻过程中受到靶板 的阻挡，由于惯性效应受到很大的阻力作用，其方向 沿着卵形头部的法线方向， 如图 >( 所示， 从而在危险 截面区域受到强烈的剪切力作用， 使得钨合金材料中 的粘结相沿受力方向拉长，带动两侧的钨颗粒变形，