一种孪晶诱导塑性钢药形罩
阅读：862发布：2020-06-20
专利汇可以提供一种孪晶诱导塑性钢药形罩专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种孪晶诱导塑性 钢 药形罩，属于金属材料领域。材料成分范围为：C，≤0.08％；Mn，25％～35％；Al，2％～4％；Si，2％～3％；S，≤0.01％；P，≤0.01％；Fe为余量。本 发明 对药形罩材料进行双固溶处理：轧后板厚4～7mm，第一次固溶处理：900℃固溶30分钟，冷却速度为20℃/s；然后通过成形工艺将板材加工成药形罩，壁厚3-5mm，再次固溶处理：1000℃～1100℃固溶45～90分钟，冷却速度为20～50℃/s。 热处理 后的室温伸长率≥80％。 TWIP钢 应用于药形罩材料领域，一方面，在药形罩成形过程中可避免裂纹等 缺陷 的产生，从而提高成材率；另一方面，使药形罩在爆炸成形弹丸过程中形成很大长径比的完整弹丸，从而提高弹丸的侵彻能 力 ，是一种优质的药形罩材料。，下面是一种孪晶诱导塑性钢药形罩专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及药形罩材料领域，特别涉及孪晶诱导塑性钢在药形罩上的应用。
背景技术
药形罩的作用是利用爆炸作用形成高速的弹丸，以便在侵彻目标时获得较佳的侵彻性能。在高能炸药起爆后，高温高压的爆轰产物作用于药形罩，使罩材发生极大的塑性变形而被压垮、闭合形成具有较高质心速度(1500～3000m/s)和一定结构形状的弹丸，它利用动能侵彻目标。
药形罩材料对于改善爆炸成形弹丸(EFP)的成形性和侵彻性能是非常关键的因素。为形成良好的弹丸，减小变形过程中的质量损失，必须选择强度足够高、密度大、韧性和塑性较好的材料，尤其要考虑材料的动态特性。对新型药形罩材料的研究应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弹丸的断面比动能大，从而以更高的能量密度和更大的冲击力来提高侵彻能力；良好的动态延展性和较高的机械强度有利于弹丸的拉伸，形成大长径比的完整弹丸，使得弹丸的侵彻深度增大。根据目前公开的资料(1.胡忠武，李中奎，张廷杰，等.药形罩材料的发展[J].稀有金属材料与工程，2004，33(10)：1009-1012.2.郭志俊，张树才，林勇.药形罩材料技术发展现状和趋势[J]，中国钼业，2005，29(4)：40-42.)表明，用于制作药形罩的材料有很多，如工业纯铁、紫铜、钽或者钽-钨合金、钼、镍、钨以及贫铀合金等。但目前所应用的药形罩材料存在有成本过高、爆炸成形弹丸长径比不够大、塑性有待提高、污染环境以及资源有限等方面的问题，因此，在目前应用的基础上，新型药形罩材料的应用需综合考虑材料的力学性能、密度、成本及环保等因素，可以在现有材料中将具有较高的强韧性、塑性、密度足够大以及资源丰富的材料应用于药形罩的制造上。
药形罩材料对于改善爆炸成形弹丸(EFP)的成形性和侵彻性能是非常关键的因素。为形成良好的弹丸，减小变形过程中的质量损失，必须选择强度足够高、密度大、韧性和塑性较好的材料，尤其要考虑材料的动态特性。对新型药形罩材料的研究应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弹丸的断面比动能大，从而以更高的能量密度和更大的冲击力来提高侵彻能力；良好的动态延展性和较高的机械强度有利于弹丸的拉伸，形成大长径比的完整弹丸，使得弹丸的侵彻深度增大。根据目前公开的资料(1.胡忠武，李中奎，张廷杰，等.药形罩材料的发展[J].稀有金属材料与工程，2004，33(10)：1009-1012.2.郭志俊，张树才，林勇.药形罩材料技术发展现状和趋势[J]，中国钼业，2005，29(4)：40-42.)表明，用于制作药形罩的材料有很多，如工业纯铁、紫铜、钽或者钽-钨合金、钼、镍、钨以及贫铀合金等。但目前所应用的药形罩材料存在有成本过高、爆炸成形弹丸长径比不够大、塑性有待提高、污染环境以及资源有限等方面的问题，因此，在目前应用的基础上，新型药形罩材料的应用需综合考虑材料的力学性能、密度、成本及环保等因素，可以在现有材料中将具有较高的强韧性、塑性、密度足够大以及资源丰富的材料应用于药形罩的制造上。
发明内容
本发明针对现有药形罩材料所存在的问题提供了一种孪晶诱导塑性(Twinning Induced Plasticity，简称TWIP)钢药形罩。其目的是在满足威力要求的前提下，尽量降低药形罩的成本，发挥钢铁材料的资源优势，提供一种可大量生产、大批装备的药形罩。另外，现代科学技术的发展，侵彻装备形成系列，必须有相应的制作侵彻装备的材料也要形成系列，保证制备不同类型药形罩的需求，保证不同类型的装备完成各自的功能，并储备药形罩研制、生产材料。将TWIP钢应用于药形罩可充分利用其性能特点，一方面，在药形罩制造过程中可避免裂纹等缺陷的产生，从而提高成材率；另一方面，使药形罩在爆炸成形弹丸过程中形成很大长径比和飞行稳定性高的完整弹丸，从而提高弹丸的侵彻能力。
TWIP钢是一种低层错能的合金，孪生是影响其塑性变形的主要机制，称为孪晶诱导塑性钢。TWIP钢是近年来随着汽车轻量化的需求而发展起来具有高强度、高塑性指标的新钢种，TWIP钢是一种具有TWIP效应的铁基金属。
一种孪晶诱导塑性钢药形罩的制备方法，其特征在于，使用孪晶诱导塑性钢材料，通过成形工艺制造药形罩；孪晶诱导塑性钢材料成分质量百分比为：C，≤0.08％；Mn，25％～35％；Al，2％～4％；Si，2％～3％；S，≤0.01％；P，≤0.01％；Fe为余量；工艺步骤为：将孪晶诱导塑性钢进行双固溶处理：轧后板厚4～7mm，第一次固溶处理，900℃固溶30分钟，冷却速度为20℃/s；然后通过成形工艺将板材加工成药形罩，壁厚3-5mm，再次固溶处理：1000℃～1100℃固溶45～90分钟，冷却速度为20～50℃/s；热处理后的室温伸长率≥80％。
TWIP效应这一概念由和Frommeyer于1998年正式提出，所谓TWIP效应就是指材料在外力作用下通过孪生诱发塑性变形产生孪晶诱发塑性效应，根据这一概念，具有这种效应的这类钢就称为TWIP钢。TWIP钢具有优异的力学性能，在静态及准静态变形条件下，它的强度通常为600～1100MPa，断后伸长率通常可达60％～95％；除此之外，还具有高的能量吸收能力(20℃时吸收能能够达到0.5J/mm3，比传统深冲钢高2倍多)，在-196～200℃温度区间，形变时没有低温脆性转变温度。本发明采用TWIP钢制造的药形罩是通过成形工艺制造的，TWIP钢的上述特点使得TWIP钢应用于药形罩制造时，在药形罩的成形过程中可避免裂纹等缺陷的产生从而保证了产品质量并极大的提高成材率。
在形成弹丸过程中，药形罩材料承受103～106s-1的高应变率，这就要求药形罩材料还要具有良好的动态力学性能。TWIP钢在高应变率下塑性变形时，应变率对材料具有增强增塑效应，即随着应变率的提高强度和塑性增加，因此，在形成弹丸过程中，TWIP钢的动态力学性能明显高于静态及准静态力学性能。优良的静态及动态力学性能，尤其是较好的强韧性结合以及极高的延展性，保证了TWIP钢作为药形罩材料在形成弹丸过程中，弹丸被充分拉长而不被拉断，从而增大长径比并保持弹丸的完整性，可以极大地提高其侵彻能力。
从材料成本与战略资源的角度考虑，TWIP钢是铁基金属，其主要合金成分是Mn、Si、Al，与钽、钨、钼、镍、铜等稀有、贵金属相比，具有资源丰富，成本低廉的优势。
TWIP钢是一种低层错能的合金，孪生是影响其塑性变形的主要机制，称为孪晶诱导塑性钢。TWIP钢是近年来随着汽车轻量化的需求而发展起来具有高强度、高塑性指标的新钢种，TWIP钢是一种具有TWIP效应的铁基金属。
一种孪晶诱导塑性钢药形罩的制备方法，其特征在于，使用孪晶诱导塑性钢材料，通过成形工艺制造药形罩；孪晶诱导塑性钢材料成分质量百分比为：C，≤0.08％；Mn，25％～35％；Al，2％～4％；Si，2％～3％；S，≤0.01％；P，≤0.01％；Fe为余量；工艺步骤为：将孪晶诱导塑性钢进行双固溶处理：轧后板厚4～7mm，第一次固溶处理，900℃固溶30分钟，冷却速度为20℃/s；然后通过成形工艺将板材加工成药形罩，壁厚3-5mm，再次固溶处理：1000℃～1100℃固溶45～90分钟，冷却速度为20～50℃/s；热处理后的室温伸长率≥80％。
TWIP效应这一概念由和Frommeyer于1998年正式提出，所谓TWIP效应就是指材料在外力作用下通过孪生诱发塑性变形产生孪晶诱发塑性效应，根据这一概念，具有这种效应的这类钢就称为TWIP钢。TWIP钢具有优异的力学性能，在静态及准静态变形条件下，它的强度通常为600～1100MPa，断后伸长率通常可达60％～95％；除此之外，还具有高的能量吸收能力(20℃时吸收能能够达到0.5J/mm3，比传统深冲钢高2倍多)，在-196～200℃温度区间，形变时没有低温脆性转变温度。本发明采用TWIP钢制造的药形罩是通过成形工艺制造的，TWIP钢的上述特点使得TWIP钢应用于药形罩制造时，在药形罩的成形过程中可避免裂纹等缺陷的产生从而保证了产品质量并极大的提高成材率。
在形成弹丸过程中，药形罩材料承受103～106s-1的高应变率，这就要求药形罩材料还要具有良好的动态力学性能。TWIP钢在高应变率下塑性变形时，应变率对材料具有增强增塑效应，即随着应变率的提高强度和塑性增加，因此，在形成弹丸过程中，TWIP钢的动态力学性能明显高于静态及准静态力学性能。优良的静态及动态力学性能，尤其是较好的强韧性结合以及极高的延展性，保证了TWIP钢作为药形罩材料在形成弹丸过程中，弹丸被充分拉长而不被拉断，从而增大长径比并保持弹丸的完整性，可以极大地提高其侵彻能力。
从材料成本与战略资源的角度考虑，TWIP钢是铁基金属，其主要合金成分是Mn、Si、Al，与钽、钨、钼、镍、铜等稀有、贵金属相比，具有资源丰富，成本低廉的优势。
具体实施方式
本发明采用孪晶诱导塑性钢制造药形罩，具体实施方式如下：
实施例1
1.孪晶诱导塑性钢的制备：利用传统的真空冶炼、轧制工艺制备出钢板，
孪晶诱导塑性钢的成分(质量分数)：C，≤0.08％；Mn，25％；A1，3％；Si，3％；S，≤0.009％；P，≤0.01％；Fe为余量。
轧制工艺：钢板在1200℃加热2小时；利用二辊热轧机热轧，得到厚度为12mm左右的钢板，总变形量为80％～90％，开轧和终轧温度分别为1100℃和950℃，在四辊冷轧机上冷轧至4～7mm左右的厚度。
2.冷轧钢板的热处理工艺：将冷轧钢板置于加热炉中在900℃的温度下固溶0.5小时，以20℃/s的冷却速度冷却至室温。
3.药形罩成形工艺：按照所设计的尺寸将钢板冲盂，通过旋压成形工艺加工成壁厚为3～5mm的药形罩。
4.药形罩热处理工艺：将药形罩在1000℃的温度下真空保温90分钟，以20℃/s的冷却速度冷却到室温。
药形罩的室温显微组织为含有退火孪晶的单相奥氏体，室温伸长率≥80％。
实施例2：
与实施例1不同之处在于孪晶诱导塑性钢的化学成分的不同，具体化学成分为(质量分数)：C，≤0.08％；Mn，35％；Al，3％左右；Si，3％左右；S，≤0.009％；P，≤0.01％；Fe为余量。
药形罩的室温显微组织为含有退火孪晶的单相奥氏体，室温伸长率≥80％。
实施例3：
与实施例1和实施例2的不同之处在于孪晶诱导塑性钢的化学成分不同，药形罩固溶热处理工艺不同。
1.孪晶诱导塑性钢的制备：利用传统的真空冶炼、轧制工艺制备出钢板，
孪晶诱导塑性钢的成分(质量分数)：C，≤0.08％；Mn，30％；A1，3％；Si，3％；S，≤0.009％；P，≤0.01％；Fe为余量。
轧制工艺：钢板在1200℃加热2小时；利用二辊热轧机热轧，得到厚度为12mm左右的钢板，总变形量为80％～90％，开轧和终轧温度分别为1100℃和950℃，在四辊冷轧机上冷轧至4～7mm左右的厚度。
2.冷轧钢板的热处理工艺：将冷轧钢板置于加热炉中在900℃的温度下固溶30分钟，以20℃/s的冷却速度冷却至室温。
3.药形罩成形工艺：按照所设计的尺寸将钢板冲盂，通过旋压成形工艺加工成壁厚为3～5mm的药形罩。
4.药形罩热处理工艺：将药形罩在1100℃的温度下真空固溶45～60分钟，以50℃/s的冷却速度冷却到室温。
药形罩的室温显微组织为含有退火孪晶的单相奥氏体，并且组织较实施例1和实施例2更细小，室温伸长率≥80％。组织细化使药型罩不仅在宏观上有高度的旋转对称而且在微观上也具有高度的旋转对称，有利于增加累积射流长度和断裂时间，从而增强药形罩的侵彻威力。
实施例1
1.孪晶诱导塑性钢的制备：利用传统的真空冶炼、轧制工艺制备出钢板，
孪晶诱导塑性钢的成分(质量分数)：C，≤0.08％；Mn，25％；A1，3％；Si，3％；S，≤0.009％；P，≤0.01％；Fe为余量。
轧制工艺：钢板在1200℃加热2小时；利用二辊热轧机热轧，得到厚度为12mm左右的钢板，总变形量为80％～90％，开轧和终轧温度分别为1100℃和950℃，在四辊冷轧机上冷轧至4～7mm左右的厚度。
2.冷轧钢板的热处理工艺：将冷轧钢板置于加热炉中在900℃的温度下固溶0.5小时，以20℃/s的冷却速度冷却至室温。
3.药形罩成形工艺：按照所设计的尺寸将钢板冲盂，通过旋压成形工艺加工成壁厚为3～5mm的药形罩。
4.药形罩热处理工艺：将药形罩在1000℃的温度下真空保温90分钟，以20℃/s的冷却速度冷却到室温。
药形罩的室温显微组织为含有退火孪晶的单相奥氏体，室温伸长率≥80％。
实施例2：
与实施例1不同之处在于孪晶诱导塑性钢的化学成分的不同，具体化学成分为(质量分数)：C，≤0.08％；Mn，35％；Al，3％左右；Si，3％左右；S，≤0.009％；P，≤0.01％；Fe为余量。
药形罩的室温显微组织为含有退火孪晶的单相奥氏体，室温伸长率≥80％。
实施例3：
与实施例1和实施例2的不同之处在于孪晶诱导塑性钢的化学成分不同，药形罩固溶热处理工艺不同。
1.孪晶诱导塑性钢的制备：利用传统的真空冶炼、轧制工艺制备出钢板，
孪晶诱导塑性钢的成分(质量分数)：C，≤0.08％；Mn，30％；A1，3％；Si，3％；S，≤0.009％；P，≤0.01％；Fe为余量。
轧制工艺：钢板在1200℃加热2小时；利用二辊热轧机热轧，得到厚度为12mm左右的钢板，总变形量为80％～90％，开轧和终轧温度分别为1100℃和950℃，在四辊冷轧机上冷轧至4～7mm左右的厚度。
2.冷轧钢板的热处理工艺：将冷轧钢板置于加热炉中在900℃的温度下固溶30分钟，以20℃/s的冷却速度冷却至室温。
3.药形罩成形工艺：按照所设计的尺寸将钢板冲盂，通过旋压成形工艺加工成壁厚为3～5mm的药形罩。
4.药形罩热处理工艺：将药形罩在1100℃的温度下真空固溶45～60分钟，以50℃/s的冷却速度冷却到室温。
药形罩的室温显微组织为含有退火孪晶的单相奥氏体，并且组织较实施例1和实施例2更细小，室温伸长率≥80％。组织细化使药型罩不仅在宏观上有高度的旋转对称而且在微观上也具有高度的旋转对称，有利于增加累积射流长度和断裂时间，从而增强药形罩的侵彻威力。
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