藥型罩細(xì)晶材料的低溫制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及金屬塑性成形技術(shù)，具體地說(shuō)是一種應(yīng)用較廣泛的銅、儀、鐵、侶等藥 型罩材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及藥型罩細(xì)晶材料的低溫制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 典型的聚能裝藥射流具有較高的頭部速度和低的尾部速度，運(yùn)種速度梯度使射流 在相當(dāng)大的炸高條件下拉得很長(zhǎng)。射流的侵徹能力是與連續(xù)射流長(zhǎng)度成正比，但是由于射 流最終在軸向斷裂成一段段的顆粒而限制了連續(xù)射流的長(zhǎng)度。一旦射流斷裂成顆粒狀，其 侵徹能力便會(huì)下降。國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)藥形罩內(nèi)部組織、制造工藝和破甲性能之間的關(guān)系 作了大量而深入的研究，研究表明，藥形罩產(chǎn)品的晶粒尺寸、晶粒取向和其它內(nèi)在性能參數(shù) 對(duì)侵徹能力影響尤為關(guān)鍵。針對(duì)雙錐形、單錐形、卿趴形等結(jié)構(gòu)的藥型罩，其傳統(tǒng)的成形工 藝分兩步進(jìn)行:先鍛壓實(shí)體錐、然后反擠壓內(nèi)形。運(yùn)種成形工藝沿藥型罩母線方向每道次的 變形量不一致，從而導(dǎo)致不同部位變形儲(chǔ)能差異大，并且成形后藥型罩溫度顯著升高，進(jìn)而 導(dǎo)致再結(jié)晶熱處理后晶粒分布不均。如銅藥型罩靠近錐體底部的晶粒尺寸為10~20μπι，而 靠近錐體頂部的晶粒尺寸為30~50WI1。
[0003] 針對(duì)變形不均勻、溫度參數(shù)等對(duì)藥型罩晶粒組織、織構(gòu)的影響，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展 了大量試驗(yàn)研究，并取得了實(shí)質(zhì)性突破，如美國(guó)勞倫斯?利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室對(duì)傳統(tǒng)的反 擠壓鍛造成形工藝進(jìn)行改進(jìn)，將傳統(tǒng)的2步工藝改進(jìn)為在液氮溫度下7步成形工藝，使銅藥 型罩的晶粒尺寸更加細(xì)小均勻。該工藝針對(duì)一個(gè)尺寸為Φ 38.1mm X 101.6mm的銅巧，在77Κ 溫度下，采用平頭沖模3步鍛造成實(shí)體錐體，并保持樣品溫度不變;實(shí)體錐在77K溫度時(shí)，再 經(jīng)過(guò)4步獨(dú)立的反擠壓過(guò)程制備得到Φ 81mm藥型罩巧體，應(yīng)變超過(guò)2.0的塑性變形后，晶粒 尺寸達(dá)到2~扣m。靜破甲試驗(yàn)表明，直徑為81mm銅藥型罩在20倍口徑炸高條件下，當(dāng)晶粒尺 寸從120μπι減小至化μπι時(shí)，對(duì)RHA祀的穿深可W從80mm提高到150mm。
[0004] 采用新工藝技術(shù)制造的藥型罩材料晶粒尺寸細(xì)小、均勻，能夠提高射流的侵徹能 力，但運(yùn)些技術(shù)還存在W下不足:一是工序冗長(zhǎng)，工藝參數(shù)一致性控制困難;二是適宜超低 溫環(huán)境下成形用的潤(rùn)滑劑少，價(jià)格昂貴;Ξ是超低溫環(huán)境下對(duì)成形模具、設(shè)備、潤(rùn)滑劑的質(zhì) 量要求苛刻；四是超低溫環(huán)境下成形高質(zhì)量藥型罩構(gòu)件，效率低、費(fèi)用高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種用于制造組 織均勻、性能一致性好的藥型罩材料低溫制備方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提出藥型罩細(xì)晶材料的低溫制備方法，包括如下步 驟：
[0007] 步驟一、制備巧料；
[000引步驟二、對(duì)制備的巧料進(jìn)行均勻化退火處理；
[0009]步驟Ξ、將步驟二所得的巧料放入靜液復(fù)合擠壓模具模腔內(nèi)，進(jìn)行靜液復(fù)合擠壓 處理；
[0010] 步驟四、再結(jié)晶退火處理。
[0011] 優(yōu)選的是，所述步驟二中均勻化退火處理是將巧料在400~650°C條件下保溫退火 1~化，再隨爐冷卻到室溫。運(yùn)樣即可獲得均勻的組織，并降低材料的加工硬度，提高材料的 變形塑性。
[0012] 上述任一實(shí)施方案中優(yōu)選的是，所述步驟Ξ靜液復(fù)合擠壓處理中壓力介質(zhì)是液 氮、或者液氧、或者液氨、或者甲燒。
[0013] 上述任一實(shí)施方案中優(yōu)選的是，所述步驟Ξ靜液復(fù)合擠壓處理中擠壓過(guò)程中壓力 介質(zhì)溫度在-196Γ~0°C之間，運(yùn)樣減輕變形熱導(dǎo)致的回復(fù)，擠壓后巧料中的變形儲(chǔ)能處于 最大值。
[0014] 上述任一實(shí)施方案中優(yōu)選的是，所述步驟Ξ靜液復(fù)合擠壓處理中變形量控制在50 ~85%之間。根據(jù)不同種類(lèi)藥型罩材料的變形極限，W及擠壓設(shè)備的成形能力，設(shè)計(jì)不同的 變形量。
[0015] 上述任一實(shí)施方案中優(yōu)選的是，所述步驟Ξ靜液復(fù)合擠壓處理中變形速率為3~ 15mm/s。巧料放入靜液復(fù)合擠壓模具模腔內(nèi)，通過(guò)擠壓凸模施壓，通過(guò)壓力介質(zhì)傳遞應(yīng)力和 變形速率為3~15mm/s的作用下，經(jīng)過(guò)靜液復(fù)合擠壓減徑變形，根據(jù)不同材料的變形極限， 變形量控制在50~85%之間，靜液復(fù)合擠壓的壓力介質(zhì)溫度在-196°C~0°C之間，使擠壓巧 料處于較低的溫度狀態(tài)下，從而獲得所需形狀、尺寸、組織性能的藥型罩材料。
[0016] 上述任一實(shí)施方案中優(yōu)選的是，所述步驟四中再結(jié)晶退火處理是，將靜液復(fù)合擠 壓處理后的巧料放入真空熱處理爐中，在150~350°C條件下保溫30~60min。通過(guò)再結(jié)晶退 火處理進(jìn)行晶界優(yōu)化，W及位錯(cuò)的滑移、攀移，使局部點(diǎn)陣和晶界面取向變動(dòng)，促使退火過(guò) 程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和李晶的形成，降低加工硬化效應(yīng)，并得到具有均勻細(xì)小退火再結(jié)晶組織 結(jié)構(gòu)的藥型罩材料。
[0017] 上述任一實(shí)施方案中優(yōu)選的是，所述步驟一制備巧料，根據(jù)設(shè)備能力與藥型罩形 狀結(jié)構(gòu)，計(jì)算得出藥型罩制造所需原始巧料的體積。
[0018] 上述任一實(shí)施方案中優(yōu)選的是，所述步驟一制備巧料，依據(jù)塑性加工成形理論與 近均勻塑性變形原理，W及數(shù)值模擬仿真分析結(jié)果，選取巧料直徑。
[0019] 上述任一實(shí)施方案中優(yōu)選的是，所述藥型罩材料是銅、儀、鐵、侶，或者合金。
[0020] 本發(fā)明技術(shù)有益效果如下：
[0021] 本發(fā)明采用靜液復(fù)合擠壓變形工藝，使擠壓變形后巧料中變形儲(chǔ)能處于最大值， 并結(jié)合再結(jié)晶退火熱處理，促使動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、李晶的形成，獲得均勻、細(xì)小等軸晶組織結(jié)構(gòu)， 為高性能均勻細(xì)晶藥型罩的研制提供了一種新的制備方法。本發(fā)明克服了常規(guī)制備方法獲 得藥型罩巧料晶粒組織分布不均、各向異性等技術(shù)難題，同時(shí)還具有生產(chǎn)效率高、工藝穩(wěn)定 性好、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)如下：
[0022] (1)擠壓變形力小。靜液復(fù)合擠壓過(guò)程中巧料側(cè)面無(wú)普通擠壓時(shí)存在的摩擦力，所 W變形均勻，可提高擠壓變形量所需的擠壓力也比普通擠壓時(shí)小。
[0023] (2)擠壓巧料溫升小。靜液復(fù)合擠壓過(guò)程中壓力介質(zhì)溫度一般處于-196Γ，通過(guò)靜 液復(fù)合擠壓后，巧料的溫度完全處于零度W下，避免溫升導(dǎo)致的變形儲(chǔ)能降低，W及發(fā)生部 分回復(fù)與再結(jié)晶，導(dǎo)致儲(chǔ)能分布不均。
[0024] (3)組織均勻細(xì)小。靜液復(fù)合擠壓過(guò)程中巧料側(cè)面無(wú)普通擠壓時(shí)存在的摩擦力，變 形均勻，從而變形儲(chǔ)能分布均勻，通過(guò)再結(jié)晶退火熱處理，不同部位的形核率、長(zhǎng)大速率基 本一致，從而使巧料的組織均勻化、細(xì)小。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是實(shí)施例1中紫銅棒材巧料經(jīng)過(guò)均勻化退火處理后在金相顯微鏡放大100倍后 晶粒組織圖。
[0026] 圖2為靜液復(fù)合擠壓裝置示意圖。
[0027] 圖3是實(shí)施例1中紫銅棒材巧料靜液復(fù)合擠壓變形后在金相顯微鏡放大100倍后晶 粒組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，有必要在此指出的是，W下具體實(shí)施 方式只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的 技術(shù)人員可W根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[00巧]實(shí)施例1
[0030] W典型雙錐銅藥型罩為例，藥型罩口徑尺寸為Φ 88mm、高度84mm、內(nèi)錐深度82mm、 壁厚為變壁厚5mm。
[0031] (1)巧料的制備:依據(jù)塑性加工成形理論與近均勻塑性變形原理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮 藥型罩外表面留一定的加工余量，并在藥型罩錐頂設(shè)計(jì)有Φ 25mm的成形工藝凸臺(tái)；采用UG、 DEFORM軟件對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行模擬分析與優(yōu)化，并計(jì)算出巧料的體積，選取Φ 60mm的擠制T2 銅棒為原材料，下料并車(chē)削外表面制成直徑58mm、長(zhǎng)度80mm的巧料;該T2銅棒材的雜質(zhì)元素 含量如表1所示：
[0032] 表1 T2紫銅棒材的雜質(zhì)元素含量