不同热处理对弹体材料性能与破片形成的影响

摘要

武器结构在使用中发挥性能的过程也是结构发生损伤、破坏的过程，结构在这个过程中的响应细节直接关系着武器的作战效能，因此有必要针对杀爆战斗部在高能炸药作用下的膨胀断裂与破碎机理进行研究，找出弹体材料结构响应中细观、宏观性能对破片形成的影响规律，为军事应用中的弹箭设计提供理论及技术支持。
　　本文首先使用数值模拟的方法，研究了不同热处理工艺对弹体材料力学性能、金属组织构成的影响，并建立了回火方程，获得了回火时间、回火温度与材料屈服强度之间的关系。然后，采用超高速摄影试验，研究了不同热处理壳体在炸药加载下的膨胀断裂过程，计算获得膨胀断裂时刻爆炸释放能量的分布，建立了考虑壳体强度、战斗部长径比影响的破片初速计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。
　　最后，通过破片水井回收试验，研究了不同热处理条件下弹体形成破片的质量分布规律，基于试验数据拟合获得考虑断裂韧性等参数的Mott分布，选取典型破片通过扫描电镜等设备分析了经过不同热处理获得的不同细观结构对壳体膨胀断裂机制的影响。研究表明:随着回火温度的升高，40CrMnSiB与50SiMnVB两种合金钢的强度降低，韧性增强，在爆炸加载下壳体的断裂机制由解理断裂向准解理断裂转变，壳体的断裂模式由拉剪混合断裂向剪切断裂转变;拉伸裂纹与剪切裂纹交织、扩展导致壳体破碎，随着回火温度的升高，壳体剪切裂纹形核时间与拉伸裂纹相比逐步提前。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 破片战斗部弹体材料研究现状与发展趋势

1．3 热处理在弹体材料中的应用及其影响研究概况

1．3．1 热处理工艺在弹体材料中的应用

1．3．2 热处理过程数值模拟的发展

1．3．3 热处理对弹体材料静态力学性能影响的研究概况

1．3．4 热处理对弹体材料动态断裂破碎性能影响的研究概况

1．4 本文研究的主要内容及工作

1．4．1 本文研究的主要内容

1．4．2 本文研究的主要工作

2 热处理对弹体材料性能的影响

2．1 热处理数值模拟理论基础

2．1．1 热处理中温度场的计算

2．1．2 热处理中组织场的计算

2．1．3 热处理中应力场的计算

2．1．4 温度、相变及应力的耦合计算

2．2 弹体在不同热处理工艺下的数值模拟

2．2．1 仿真模型与研究方案

2．2．2 热物性参数的确定及材料库的建立

2．2．3 数值模拟结果分析

2．3 热处理对弹体材料细观组织与宏观性能的影响研究

2．3．1 不同热处理条件下弹体材料的金相分析

2．3．2 热处理数值模拟的试验验证

2．3．3 回火方程的确定

2．4 本章小结

3 不同热处理弹体材料在爆炸加载下的膨胀断裂过程研究

3．1 不同热处理条件下弹体材料的动静态力学性能研究

3．1．1 不同热处理条件下弹体材料的静态力学性能研究

3．1．2 不同热处理条件下弹体材料的动态力学性能研究

3．2 不同热处理弹体材料膨胀断裂过程研究

3．2．1 试验布置及研究方案

3．2．2 试验结果及其分析

3．2．3 膨胀断裂过程的数值模拟分析

3．2．4 壳体膨胀断裂过程的单旋现象

3．3 膨胀断裂过程的理论分析

3．3．1 膨胀断裂过程中的能量分配

3．3．2 破片初速的计算

3．4 本章小结

4 不同热处理对弹体材料破碎性能的影响研究

4．1 不同热处理条件下弹体形成破片的质量分布研究

4．1．1 破片质量回收试验方案设计

4．1．2 试验结果分析

4．1．3 理论计算及验证

4．2 弹体材料细观结构对破碎性能的影响分析

4．2．1 不同热处理条件下弹体材料的断裂机制分析

4．2．2 不同热处理条件下破片断口金相分析

4．2．3 弹体材料细观结构对断裂机制的影响分析

4．3 本章小结

5 结束语

5．1 主要工作与结论

5．2 本文的不足与下一步研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况

攻读硕士学位期间学术成果获奖情况