專利名稱：一種孿晶誘導(dǎo)塑性鋼藥形罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及藥形罩材料領(lǐng)域，特別涉及孿晶誘導(dǎo)塑性鋼在藥形罩上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
藥形罩的作用是利用爆炸作用形成高速的彈丸，以便在侵徹目標(biāo)時(shí)獲得較佳的侵 徹性能。在高能炸藥起爆后，高溫高壓的爆轟產(chǎn)物作用于藥形罩，使罩材發(fā)生極大的塑性變 形而被壓垮、閉合形成具有較高質(zhì)心速度(1500 3000m/s)和一定結(jié)構(gòu)形狀的彈丸，它利 用動(dòng)能侵徹目標(biāo)。藥形罩材料對(duì)于改善爆炸成形彈丸(EFP)的成形性和侵徹性能是非常關(guān)鍵的因 素。為形成良好的彈丸，減小變形過程中的質(zhì)量損失，必須選擇強(qiáng)度足夠高、密度大、韌性 和塑性較好的材料，尤其要考慮材料的動(dòng)態(tài)特性。對(duì)新型藥形罩材料的研究應(yīng)集中于增大 材料的密度和提高材料的延展性上。密度大可使爆炸成形彈丸的斷面比動(dòng)能大，從而以更 高的能量密度和更大的沖擊力來提高侵徹能力；良好的動(dòng)態(tài)延展性和較高的機(jī)械強(qiáng)度有利 于彈丸的拉伸，形成大長徑比的完整彈丸，使得彈丸的侵徹深度增大。根據(jù)目前公開的資 料(1.胡忠武，李中奎，張廷杰，等.藥形罩材料的發(fā)展[J].稀有金屬材料與工程，2004， 33(10) =1009-1012. 2.郭志俊，張樹才，林勇.藥形罩材料技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J]，中國鉬 業(yè)，2005，29(4) =40-42.)表明，用于制作藥形罩的材料有很多，如工業(yè)純鐵、紫銅、鉭或者 鉭-鎢合金、鉬、鎳、鎢以及貧鈾合金等。但目前所應(yīng)用的藥形罩材料存在有成本過高、爆炸 成形彈丸長徑比不夠大、塑性有待提高、污染環(huán)境以及資源有限等方面的問題，因此，在目 前應(yīng)用的基礎(chǔ)上，新型藥形罩材料的應(yīng)用需綜合考慮材料的力學(xué)性能、密度、成本及環(huán)保等 因素，可以在現(xiàn)有材料中將具有較高的強(qiáng)韌性、塑性、密度足夠大以及資源豐富的材料應(yīng)用 于藥形罩的制造上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有藥形罩材料所存在的問題提供了一種孿晶誘導(dǎo)塑性(Twinning Induced Plasticity，簡稱TWIP)鋼藥形罩。其目的是在滿足威力要求的前提下，盡量降低 藥形罩的成本，發(fā)揮鋼鐵材料的資源優(yōu)勢，提供一種可大量生產(chǎn)、大批裝備的藥形罩。另外， 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，侵徹裝備形成系列，必須有相應(yīng)的制作侵徹裝備的材料也要形成系 列，保證制備不同類型藥形罩的需求，保證不同類型的裝備完成各自的功能，并儲(chǔ)備藥形罩 研制、生產(chǎn)材料。將TWIP鋼應(yīng)用于藥形罩可充分利用其性能特點(diǎn)，一方面，在藥形罩制造過 程中可避免裂紋等缺陷的產(chǎn)生，從而提高成材率；另一方面，使藥形罩在爆炸成形彈丸過程 中形成很大長徑比和飛行穩(wěn)定性高的完整彈丸，從而提高彈丸的侵徹能力。TWIP鋼是一種低層錯(cuò)能的合金，孿生是影響其塑性變形的主要機(jī)制，稱為孿晶誘 導(dǎo)塑性鋼。TWIP鋼是近年來隨著汽車輕量化的需求而發(fā)展起來具有高強(qiáng)度、高塑性指標(biāo)的 新鋼種，TffIP鋼是一種具有TWIP效應(yīng)的鐵基金屬。一種孿晶誘導(dǎo)塑性鋼藥形罩的制備方法，其特征在于，使用孿晶誘導(dǎo)塑性鋼材料，通過成形工藝制造藥形罩；孿晶誘導(dǎo)塑性鋼材料成分質(zhì)量百分比為c，≤0. 08% ；Mn, 25% 35% ;A1，2% 4% ;Si，2% 3% ;S，≤0. 01% ;P，≤ 0. 01% ；Fe 為余量；工藝步 驟為將孿晶誘導(dǎo)塑性鋼進(jìn)行雙固溶處理軋后板厚4 7mm，第一次固溶處理，900°C固溶 30分鐘，冷卻速度為20°C /s ；然后通過成形工藝將板材加工成藥形罩，壁厚3-5mm，再次固 溶處理1000°C 1100°C固溶45 90分鐘，冷卻速度為20 50°C /s ；熱處理后的室溫伸 長率> 80%。TffIP效應(yīng)這一概念由Grassel和Frommeyer于1998年正式提出，所謂TWIP效應(yīng)就 是指材料在外力作用下通過孿生誘發(fā)塑性變形產(chǎn)生孿晶誘發(fā)塑性效應(yīng)，根據(jù)這一概念，具 有這種效應(yīng)的這類鋼就稱為TWIP鋼。TWIP鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能，在靜態(tài)及準(zhǔn)靜態(tài)變形條 件下，它的強(qiáng)度通常為600 1 IOOMPa,斷后伸長率通?？蛇_(dá)60 % 95 % ；除此之外，還具有 高的能量吸收能力(20°C時(shí)吸收能能夠達(dá)到0. 5J/mm3,比傳統(tǒng)深沖鋼高2倍多)，在-196 200°C溫度區(qū)間，形變時(shí)沒有低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度。本發(fā)明采用TWIP鋼制造的藥形罩是通過 成形工藝制造的，TWIP鋼的上述特點(diǎn)使得TWIP鋼應(yīng)用于藥形罩制造時(shí)，在藥形罩的成形過 程中可避免裂紋等缺陷的產(chǎn)生從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量并極大的提高成材率。在形成彈丸過程中，藥形罩材料承受IO3 IOfV1的高應(yīng)變率，這就要求藥形罩材 料還要具有良好的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。TWIP鋼在高應(yīng)變率下塑性變形時(shí)，應(yīng)變率對(duì)材料具有增 強(qiáng)增塑效應(yīng)，即隨著應(yīng)變率的提高強(qiáng)度和塑性增加，因此，在形成彈丸過程中，TWIP鋼的動(dòng) 態(tài)力學(xué)性能明顯高于靜態(tài)及準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能。優(yōu)良的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，尤其是較好的 強(qiáng)韌性結(jié)合以及極高的延展性，保證了 TWIP鋼作為藥形罩材料在形成彈丸過程中，彈丸被 充分拉長而不被拉斷，從而增大長徑比并保持彈丸的完整性，可以極大地提高其侵徹能力。從材料成本與戰(zhàn)略資源的角度考慮，TWIP鋼是鐵基金屬，其主要合金成分是Mn、 Si、Al，與鉭、鎢、鉬、鎳、銅等稀有、貴金屬相比，具有資源豐富，成本低廉的優(yōu)勢。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用孿晶誘導(dǎo)塑性鋼制造藥形罩，具體實(shí)施方式
如下實(shí)施例11.孿晶誘導(dǎo)塑性鋼的制備利用傳統(tǒng)的真空冶煉、軋制工藝制備出鋼板，孿晶誘導(dǎo)塑性鋼的成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))=C,^ 0. 08% ；Mn, 25% ；Al, 3% ；Si, 3% ；S, ≤ 0. 009% ；P，≤ 0. 01% ；Fe 為余量。軋制工藝鋼板在1200°C加熱2小時(shí)；利用二輥熱軋機(jī)熱軋，得到厚度為12mm左 右的鋼板，總變形量為80% 90%，開軋和終軋溫度分別為1100°C和950°C，在四輥冷軋機(jī) 上冷軋至4 7mm左右的厚度。2.冷軋鋼板的熱處理工藝將冷軋鋼板置于加熱爐中在900°C的溫度下固溶0. 5 小時(shí)，以20°C /s的冷卻速度冷卻至室溫。3.藥形罩成形工藝按照所設(shè)計(jì)的尺寸將鋼板沖盂，通過旋壓成形工藝加工成壁 厚為3 5mm的藥形罩。4.藥形罩熱處理工藝將藥形罩在1000°C的溫度下真空保溫90分鐘，以20°C /s 的冷卻速度冷卻到室溫。藥形罩的室溫顯微組織為含有退火孿晶的單相奧氏體，室溫伸長率≥80%。
實(shí)施例2:與實(shí)施例1不同之處在于孿晶誘導(dǎo)塑性鋼的化學(xué)成分的不同，具體化學(xué)成分為 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)):C，<0.08%;Mn，35%;Al，3%&S ；Si，3%左右；S，彡 0. 009%;P,^ 0. 01%；
Fe為余量。藥形罩的室溫顯微組織為含有退火孿晶的單相奧氏體，室溫伸長率彡80%。實(shí)施例3 與實(shí)施例1和實(shí)施例2的不同之處在于孿晶誘導(dǎo)塑性鋼的化學(xué)成分不同，藥形罩 固溶熱處理工藝不同。1.孿晶誘導(dǎo)塑性鋼的制備利用傳統(tǒng)的真空冶煉、軋制工藝制備出鋼板，孿晶誘導(dǎo)塑性鋼的成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))=C,^ 0. 08% ；Mn, 30% ；Al, 3% ；Si, 3% ；S, 彡 0. 009% ；P，彡 0. 01% ；Fe 為余量。軋制工藝鋼板在1200°C加熱2小時(shí)；利用二輥熱軋機(jī)熱軋，得到厚度為12mm左 右的鋼板，總變形量為80% 90%，開軋和終軋溫度分別為1100°C和950°C，在四輥冷軋機(jī) 上冷軋至4 7mm左右的厚度。2.冷軋鋼板的熱處理工藝將冷軋鋼板置于加熱爐中在900°C的溫度下固溶30分 鐘，以20°C /s的冷卻速度冷卻至室溫。3.藥形罩成形工藝按照所設(shè)計(jì)的尺寸將鋼板沖盂，通過旋壓成形工藝加工成壁 厚為3 5mm的藥形罩。4.藥形罩熱處理工藝將藥形罩在1100°C的溫度下真空固溶45 60分鐘，以 500C /s的冷卻速度冷卻到室溫。藥形罩的室溫顯微組織為含有退火孿晶的單相奧氏體，并且組織較實(shí)施例1和實(shí) 施例2更細(xì)小，室溫伸長率> 80%。組織細(xì)化使藥型罩不僅在宏觀上有高度的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱而 且在微觀上也具有高度的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，有利于增加累積射流長度和斷裂時(shí)間，從而增強(qiáng)藥形 罩的侵徹威力。
權(quán)利要求
一種孿晶誘導(dǎo)塑性鋼藥形罩的制備方法，其特征在于，使用孿晶誘導(dǎo)塑性鋼材料，通過成形工藝制造藥形罩；孿晶誘導(dǎo)塑性鋼材料成分質(zhì)量百分比為C，≤0.08％；Mn，25％～35％；Al，2％～4％；Si，2％～3％；S，≤0.01％；P，≤0.01％；Fe為余量；工藝步驟為將孿晶誘導(dǎo)塑性鋼進(jìn)行雙固溶處理軋后板厚4～7mm，第一次固溶處理，900℃固溶30分鐘，冷卻速度為20℃/s；然后通過成形工藝將板材加工成藥形罩，壁厚3-5mm，再次固溶處理1000℃～1100℃固溶45～90分鐘，冷卻速度為20～50℃/s；熱處理后的室溫伸長率≥80％。
全文摘要
一種孿晶誘導(dǎo)塑性鋼藥形罩，屬于金屬材料領(lǐng)域。材料成分范圍為C，≤0.08％；Mn，25％～35％；Al，2％～4％；Si，2％～3％；S，≤0.01％；P，≤0.01％；Fe為余量。本發(fā)明對(duì)藥形罩材料進(jìn)行雙固溶處理軋后板厚4～7mm，第一次固溶處理900℃固溶30分鐘，冷卻速度為20℃/s；然后通過成形工藝將板材加工成藥形罩，壁厚3-5mm，再次固溶處理1000℃～1100℃固溶45～90分鐘，冷卻速度為20～50℃/s。熱處理后的室溫伸長率≥80％。TWIP鋼應(yīng)用于藥形罩材料領(lǐng)域，一方面，在藥形罩成形過程中可避免裂紋等缺陷的產(chǎn)生，從而提高成材率；另一方面，使藥形罩在爆炸成形彈丸過程中形成很大長徑比的完整彈丸，從而提高彈丸的侵徹能力，是一種優(yōu)質(zhì)的藥形罩材料。
文檔編號(hào)C21D8/00GK101824524SQ20101017694
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者任學(xué)平, 包衛(wèi)平, 李潤蔚, 熊志平, 董成文 申請人:北京科技大學(xué)