[发明专利]药型罩用高纯度细晶纯铜材料的制备方法

说明书

本发明提供一种药型罩用高纯度细晶纯铜材料的制备方法，包括熔炼、再结晶热处理步骤，所述熔炼采用真空电子束熔炼，真空度≥2×10^‑3Pa。本发明制备的纯铜材料杂质含量低，晶粒细小均匀，且各向性能一致性好，能显著提升破甲战斗部药型罩的侵彻性能。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种药型罩用高纯度细晶纯铜材料的制备方法。

背景技术

国外研究机构对药型罩材料、内部组织(晶粒度、形貌、晶界等)、制造工艺和破甲性能之间的关系作了大量而深入的研究。结果表明，药型罩材料、晶粒尺寸、晶粒取向和其它内在性能参数对侵彻能力影响明显，其中药型罩材料杂质元素、晶粒尺寸是影响侵彻性能的内在质量的关键因子。

铜作为聚能装药战斗部用药型罩已有50多年的发展历史，现有98％破甲战斗部采用铜药型罩，大量破甲试验研究表明，采用热轧、挤制的铜棒材或板材制造的药型罩，平均晶粒尺寸20～45μm，破甲侵彻威力不到9倍装药口径，已不能适应新一代反应装甲、陶瓷装甲、复合装甲的发展。为了进一步挖掘药型罩用纯铜材料的潜力，从连续射流长度与侵彻威力之间的关联性，以及金属材料的晶界理论出发，纯铜材料晶粒组织越细小均匀、纯度越高，延展性就越好，射流断裂时间能延长，进一步提升战斗部的毁伤威力。

通过查阅文献资料和标准，国内针对药型罩用板材制定了GJB1139-1991(专用纯铜板规范)，规定了T2、T2A纯铜板材尺寸规格、力学性能、晶粒度等技术指标；张全孝等人采用真空熔炼-锻造-多向交叉轧制工艺，获得不同规格的铜板，抗拉强度235～240MPa，伸长率57～60％，应用旋压成型工艺，制备的药型罩平均晶粒尺寸≤10μm，在200型基准弹上φ56口径药型罩，平均破甲穿深达到250mm(参见张全孝，变形工艺对铜药型罩材料破甲性能的影响[J]，兵器材料科学与工程，1999，1，38-40)。商业用的TU1、T2、T2A等纯铜材料都不是根据药型罩特殊使用性能而开发，杂质元素多、晶粒尺寸不均匀等影响侵彻能力。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种药型罩用高纯度细晶纯铜材料的制备方法，使制备的纯铜材料杂质含量低，晶粒细小均匀，且各向性能一致性好，能显著提升破甲战斗部药型罩的侵彻性能。

本发明是通过下列技术方案实现：

一种药型罩用高纯度细晶纯铜材料的制备方法，包括熔炼、再结晶热处理步骤，所述熔炼采用真空电子束熔炼，真空度≥2×10^-3Pa。

优选的，所述电子束熔炼为两次，一次熔炼速度(80～120)kg/h，锭坯旋转拉坯速度(2～4)mm/min；二次熔炼速度(100～150)kg/h，锭坯旋转拉坯速度(3～6)mm/min。

为了进一步提高产品纯度和细晶度，所述熔炼后包括再结晶热处理步骤，再结晶热处理温度135～250℃，保温时间30～75min，随炉冷却至100℃以下，真空度≥3×10^-3Pa。

上述熔炼后再结晶热处理前还包括多向锻造开坯、反向温度场挤压；坯料加热到150～300℃，在75000kN锻锤上进行多向锻造，单次锻造比≥2.5，锻造次数3～6次；反向温度场挤压加热温度100～200℃，挤压速率5～15mm/s

具体地，上述药型罩用高纯度细晶纯铜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)坯料的准备：采用商业用T2、T3纯铜棒材，尺寸规格φ90～120mm，采用锯切下料为长度500～800mm，去除表面的氧化物与油污。

(2)真空电子束熔炼：采用功率为900kw的电子束熔炼炉，进行二次电子束熔炼纯净化，熔炼室真空度≥2×10^-3Pa。