[发明专利]一种深锥形铜药型罩组织超细晶化梯度控制方法

说明书

本发明提供了一种深锥形铜药型罩组织超细晶化梯度控制方法，包括挤压成形、再结晶热处理、高频冲击步骤，所述挤压成形采用多道次挤压；所述高频冲击敲击速度15000～40000次/分，敲击力1200～2000N，次数1～3次。本发明控制技术实现深锥形药型罩成形与表面质量控制；改善材料的塑性，并得到细晶组织；在药型罩内表层形成沿厚度方向分布的超细晶梯度组织。通过该方法获得沿药型罩厚度方向分布的超细晶梯度组织，且沿母线方向组织分布均匀，为高性能深锥形铜药型罩的研制提供了一种新的制备方法。

技术领域

本发明涉及金属塑性成形技术领域，尤其涉及一种深锥形铜药型罩组织超细晶化梯度控制方法。

背景技术

典型的聚能装药射流具有较高的头部速度(≥8500m/s)和低的尾部速度(约3000m/s)，这种速度梯度使射流在一定的炸高条件下能拉得很长(达到20～100倍药型罩口径长度)，具有高侵彻能力。射流的侵彻能力是与连续射流长度成正比，但是由于金属内部缺陷与射流膨胀性作用，射流最终在轴向会断裂成一段段的枣核状颗粒，而限制了连续射流的长度，以及侵彻能量的传递，且断裂颗粒间相互扰动，其侵彻能力急剧下降。国内外研究机构对药型罩内部组织(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，药型罩的晶粒尺寸、晶粒取向和其它内在性能参数对侵彻能力影响明显，晶粒尺寸与形貌是影响侵彻性能的内在质量的第一因子，尤其是纳米晶尺寸效应引起科技工作者的高度重视。

目前，制造药型罩的材料主要有：纯铜、纯铁、贫铀、铜合金等，其中纯铜材料密度高(Cu的密度为8.93g/cm³)、塑性好(室温伸长率≥45％)、声速大(4.7km/s)、熔点高(1083℃)，同时材料成形性能好(塑性成形极限达到95％)、储藏丰富、价格便宜，能够满足常规武器战斗部的高性能与低成本要求。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，大量弹道试验研究表明，采用热轧、挤制的铜棒材或板材制造的大尺寸药型罩(口径大于150mm)，平均晶粒尺寸30～60μm，破甲侵彻威力不到8倍装药口径，不能有效打击新一代反应装甲、陶瓷装甲、复合装甲等坚固目标(防护能力在11～13倍装药口径)，制备超细晶药型罩已成为发展大威力破甲战斗部的关键技术之一。

从连续射流长度与侵彻威力之间的关系，以及金属材料晶界理论出发，药型罩晶粒组织由微米尺度到纳米，能提高各向同性、屈强比、延展性，进一步提升战斗部的毁伤威力。现有大塑性变形技术以常规挤压或锻造、换向轧制、等通道挤压方法为主，该工艺存在以下缺点：一是晶粒尺寸不均匀，在变形弱区或剧烈变形区存在混晶组织；二是轧制板材的各向异性大；三是等通道挤压纳米晶材料的收得率低、性能一致性差；四是通过单一工艺，制备纳米晶工序长、工艺复杂；五是药型罩内表层形成有效射流主体，占总体重量的20％左右，制备整体纳米晶药型罩成本昂贵。根据药型罩射流的速度梯度效应，本申请提供了一种深锥形铜药型罩组织超细晶化梯度控制方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种深锥形铜药型罩组织超细晶化梯度控制方法，主要包括多道次挤压成形、再结晶热处理、高频冲击梯度化、精整形处理等步骤(图1)，使制备的药型罩沿厚度方向形成梯度分布、内层晶粒组织超细晶化，且尺寸精度高、几何对称性好，能显著提升破甲战斗部药型罩的侵彻能力和稳定性。

本发明是通过下列技术方案实现：

一种深锥形铜药型罩组织超细晶化梯度控制方法，包括挤压成形、再结晶热处理、高频冲击步骤，所述挤压成形采用多道次挤压；所述高频冲击敲击速度30000～40000次/min，敲击力1600～2000N，次数1～3次。

为了进一步减小圆周壁厚差，所述多道次挤压是在三向压应力和变形速率为2～5mm/s的作用下，经过4～8道次的挤压变形，每道次的变形量在5～30％。