兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (12): 4407-4422.doi: 10.12382/bgxb.2023.0989
胡敖博1, 赵超越1, 陈进1, 陈鹏1, 李鹏1, 孙兴昀1, 蔡水洲2,*()
收稿日期:
2023-10-07
上线日期:
2024-02-19
通讯作者:
基金资助:
HU Aobo1, ZHAO Chaoyue1, CHEN Jin1, CHEN Peng1, LI Peng1, SUN Xingyun1, CAI Shuizhou2,*()
Received:
2023-10-07
Online:
2024-02-19
摘要:
为揭示Zr基块体金属玻璃(Bulk Metallic Glass,BMG)-W含能破片的强塑性协同提升机制,并阐明其冲击毁伤过程,采用放电等离子烧结法制备了系列球形W颗粒含量不同的Zr基BMG-W含能破片,并通过准静态压缩与弹道枪加载侵彻双层靶实验深入研究其力学性能与毁伤性能。研究结果表明:W颗粒的添加显著提升了Zr基BMG-W含能破片的力学性能,烧结温度为 370~385℃,W颗粒体积含量为20%~40%的Zr基BMG-W含能破片均具有优于纯BMG的强度与塑性,其中380℃下制备的Zr基BMG-40W含能破片的断裂强度与塑性应变最大,分别为 2047.0MPa 与16.6%。Zr基BMG-W含能破片的强塑性协同提升机制包含2方面:W颗粒阻碍剪切带快速扩展,使其转向、增殖,延缓含能破片的断裂失效;模量失配引起的剪切带萌生与扩展使W颗粒附近BMG基体中形成局部塑性变形区域,降低了BMG基体对W颗粒的空间约束,W颗粒自身发生塑性变形,推迟含能破片的断裂失效。随W颗粒含量增加,Zr基BMG-W含能破片的毁伤性能先增加、后减小,但均优于纯BMG含能破片,其中Zr基BMG-40W含能破片的毁伤性能最强,扩孔比为27.9。Zr基BMG-W含能破片的冲击毁伤过程主要包括一次爆燃、动能穿孔、二次爆燃与后效毁伤。
中图分类号:
胡敖博, 赵超越, 陈进, 陈鹏, 李鹏, 孙兴昀, 蔡水洲. Zr基BMG-W含能破片的力学性能与毁伤性能[J]. 兵工学报, 2024, 45(12): 4407-4422.
HU Aobo, ZHAO Chaoyue, CHEN Jin, CHEN Peng, LI Peng, SUN Xingyun, CAI Shuizhou. Mechanical Properties and Damage Performance of Zr-based BMG-W Energetic Fragments[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(12): 4407-4422.
图11 纳米压痕实验结果及压缩载荷下Zr基BMG-W含能破片内部应力集中、剪切带的萌生与扩展、W颗粒自身塑性变形的示意图
Fig.11 Results of nanoindentation experiments, and schematic diagram of internal stress concentration, initiation and propagation of shear bands, and self plastic deformation of W particles in Zr-based BMG-W energetic fragments under compressive load
含能破片 | 着靶速度/ (m·s-1) | 铝靶穿孔 面积/mm2 | 扩孔比 |
---|---|---|---|
571 | |||
纯BMG | 727 | ||
887 | |||
1002 | |||
583 | |||
Zr基BMG-10W | 697 | ||
781 | 244.5 | 1.4 | |
998 | 302.3 | 2.6 | |
521 | |||
Zr基BMG-20W | 723 | ||
842 | 554.2 | 4.3 | |
956 | 855.7 | 6.8 | |
530 | |||
Zr基BMG-30W | 750 | 476.4 | 3.5 |
836 | 1681.4 | 14.9 | |
987 | 1029.7 | 7.0 | |
588 | 474.6 | 5.1 | |
Zr基BMG-40W | 732 | 2249.4 | 19.5 |
788 | 2855.0 | 27.9 | |
949 | 921.6 | 8.7 | |
530 | 770.7 | 7.6 | |
Zr基BMG-50W | 693 | 918.7 | 8.8 |
742 | 1631.1 | 13.3 | |
906 | 572.5 | 3.8 |
表1 不同着靶速度下纯BMG与Zr基BMG-W 含能破片对铝靶的穿孔面积与扩孔比
Table 1 Perforation areas and expansion ratios of pure BMG and Zr-based BMG-W energetic fragments on aluminum targets at different impact velocities
含能破片 | 着靶速度/ (m·s-1) | 铝靶穿孔 面积/mm2 | 扩孔比 |
---|---|---|---|
571 | |||
纯BMG | 727 | ||
887 | |||
1002 | |||
583 | |||
Zr基BMG-10W | 697 | ||
781 | 244.5 | 1.4 | |
998 | 302.3 | 2.6 | |
521 | |||
Zr基BMG-20W | 723 | ||
842 | 554.2 | 4.3 | |
956 | 855.7 | 6.8 | |
530 | |||
Zr基BMG-30W | 750 | 476.4 | 3.5 |
836 | 1681.4 | 14.9 | |
987 | 1029.7 | 7.0 | |
588 | 474.6 | 5.1 | |
Zr基BMG-40W | 732 | 2249.4 | 19.5 |
788 | 2855.0 | 27.9 | |
949 | 921.6 | 8.7 | |
530 | 770.7 | 7.6 | |
Zr基BMG-50W | 693 | 918.7 | 8.8 |
742 | 1631.1 | 13.3 | |
906 | 572.5 | 3.8 |
图19 纯BMG与Zr基BMG-W含能破片最强毁伤效果对应的典型高速摄像照片
Fig.19 Typical high-speed photography images corresponding to the strongest damage effect of pure BMG and Zr-based BMG-W energetic fragments
图20 不同时刻Zr基BMG-40W含能破片的冲击反应高速摄像照片
Fig.20 High-speed photography images of the impact reaction of Zr-based BMG-40W energetic fragments at different times
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