一种通过晶体织构设计提升纯钨金属绝热剪切敏感性的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过晶体织构设计提升纯钨金属绝热剪切敏感性的方法，涉及金属材料技术领域。本发明专利技术所用初始材料为纯度高于99.95％的工业纯钨，通过剧烈塑性变形处理达到细晶强化效果的同时，改变纯钨金属的初始晶体取向，在一定变形后使得大块体纯钨金属具备特定的晶体织构，即材料内部绝大多数晶粒获得择优的晶体取向分布。本发明专利技术制得的纯钨金属在动态加载下容易发生绝热剪切失效，在动能侵彻过程中表现出显著的“自锐”效应，其在室温下的屈服强度和塑性相较传统纯钨均有明显提升，室温下的动态屈服强度大于2500MPa，动态失效应变大于30％，具有良好的力学性能。具有良好的力学性能。具有良好的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种通过晶体织构设计提升纯钨金属绝热剪切敏感性的方法


[0001]本专利技术涉及金属材料
，特别是涉及一种通过晶体织构设计提升纯钨金属绝热剪切敏感性的方法。

技术介绍

[0002]钨作为典型的体心立方结构(Body
‑
centered cubic,BCC)金属，具有高密度、高强度、高熔点以及优异的热物理和热化学性能，在国防和能源领域具有极其重要的应用价值，特别是金属钨及其合金有望替代贫铀合金成为动能穿甲武器的理想材料。
[0003]然而目前多采用粉末冶金技术制备金属钨，这种方法制备的块体材料具有杂质含量高、致密度低(存在孔隙)等缺点，一定程度上影响了金属钨的力学性能及其工程应用。尤其在穿甲侵彻过程中，传统钨或钨合金穿甲弹头通常会被墩粗而形成“蘑菇头”钝化外形，导致其侵彻效率较为有限，相较于具有良好“自锐效应”的贫铀弹而言，传统纯钨或钨合金动能弹体的侵彻能力较差。但贫铀弹自身所造成的严重辐射污染又受到世界范围的诟病，因此，随着装甲防护技术的不断发展进步，目前亟需一种高性能替代品金属材料的出现来显著改善传统钨及其合金穿甲弹的侵彻能力，从而有效提升国防装备的毁伤打击能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种通过晶体织构设计提升纯钨金属绝热剪切敏感性的方法，以解决上述现有技术存在的问题，该方法操作简单，安全可靠，可以得到含有强织构微观组织的高强韧纯钨金属块体材料，使制作出的大长细比纯钨金属高速侵彻弹体在动能侵彻过程中具有良好的“自锐效果”，显著提升其侵彻能力。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种通过晶体织构设计提升纯钨金属绝热剪切敏感性的方法，包括以下步骤：
[0007]对晶粒取向随机分布的粗晶纯钨金属材料进行剧烈塑性变形处理，得到含有强织构微观组织的纯钨金属材料，完成对纯钨金属绝热剪切敏感性的提升。
[0008]进一步地，所述剧烈塑性变形处理的温度为450℃～1250℃。
[0009]进一步地，所述粗晶纯钨金属材料的纯度高于99.95％。
[0010]进一步地，所述剧烈塑性变形处理为多道次轧制，每道次之间回炉保温3～5min。每道次轧制下压量也随总下压量的增加适度减少，调整范围为0.3mm～0.5mm，直至达到预定的轧制下压量，得到含有强织构微观组织的高强韧纯钨金属块体材料。
[0011]进一步地，在进行剧烈塑性变形处理的过程中，利用不锈钢包壳对所述粗晶纯钨金属材料进行包覆。
[0012]进一步地，所述不锈钢包壳的两端封闭并留有透气孔，可以保证剧烈塑性变形过程透气性的同时防止纯钨金属氧化和开裂。
[0013]进一步地，在进行剧烈塑性变形处理前，还包括对粗晶纯钨金属材料进行倒圆角
的步骤。
[0014]具体的，使用电火花切割纯钨金属棒材，并对其四条长棱上倒圆角过渡，减少四角边缘的应力集中，避免剧烈塑性变形过程中的开裂。
[0015]经过剧烈塑性变形处理使纯钨金属晶粒充分细化，利用细晶强化原理显著提升纯钨的强度，同时晶粒内部存在高密度位错，进一步变形时位错的激活有助于改善纯钨金属的韧性，两种因素均有利于增强材料中发生绝热剪切失稳的可能。经过剧烈塑性变形处理在纯钨金属中引入有利于塑性变形局域化的特定晶体织构组分，使得在沿其特定加载方向进行冲击时样品容易发生绝热剪切失效。
[0016]本专利技术还提供采用上述方法制备的纯钨金属材料。
[0017]本专利技术还提供上述纯钨金属材料在装甲防护领域中的应用。
[0018]切制大长细比高强韧纯钨金属高速侵彻弹体，开展超高速侵彻实验，验证分析强织构诱导绝热剪切失效导致弹体端部产生“自锐效应”：切制的高强韧纯钨高速侵彻弹体长细比等于10，超高速侵彻实验速度范围为0.8km/s
‑
1.8km/s。
[0019]剧烈塑性变形(Severe Plastic Deformation，SPD)是一种通过对粗晶块体材料施加累积塑性应变使材料晶粒细化、微观组织致密的方法，主要包括等径通道挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)、旋转锻造(RS)和累积叠轧(ARB)等工艺。剧烈塑性变形可以消除粉末冶金材料致密度低的缺陷，改善其力学性能。
[0020]在多晶金属塑性变形过程中，各个晶粒的滑移面和滑移方向沿主加载方向发生转动，逐渐使多晶体中初始取向互不相同的各个晶粒在空间取向上呈现出一定程度的规律性，这种具有显著择优取向的多晶体金属(也称为强织构金属材料)表现出类似于单晶体金属的塑性各向异性力学行为,当沿特定取向加载时，这类金属中容易发生沿特定方向的塑性变形局域化现象。
[0021]本专利技术发现，在一定程度变形后，纯钨金属的各项力学性能稳定在某一水平，而此时含较强织构的材料中更易发生绝热剪切失效行为，由此可见，通过剧烈塑性变形工艺在纯钨金属中引入特定的晶体织构也是提升纯钨金属绝热剪切敏感性的一种重要途径。
[0022]在轧制过程中，随着下压量增加可以逐渐降低环境温度。本专利技术采用不锈钢包壳包覆钨条有效避免了轧制过程中材料的氧化和开裂，在逐渐降低的温度环境中进行多道次轧制处理，既能够保证纯钨金属的微观组织的充分细化，显著提升纯钨金属的强度和韧性，又能够使得轧制处理后的纯钨金属具备更强的特定晶体织构，在纯钨金属中引入塑性各向异性，促进绝热剪切失效破坏的发生，使得大长细比动能弹体在穿甲侵彻过程中具有显著的“自锐”效应，弹体端部一直能够保持尖锐的状态，这十分有利于提升纯钨金属弹体的动能穿甲侵彻能力。
[0023]本专利技术公开了以下技术效果：
[0024]本专利技术通过剧烈塑性变形处理得到的纯钨金属室温下的屈服强度和塑性相较传统纯钨均有明显提升，其室温下的动态屈服强度大于2500MPa，动态失效应变大于30％，具有良好的力学性能。
[0025]本专利技术通过剧烈塑性变形处理在纯钨金属中引入利于塑性变形局域化的晶体织构，使其在动态加载下容易发生绝热剪切失效，在动能侵彻过程中表现出显著的“自锐”效应，并且该方法从传统工业纯钨块体材料出发，操作简单，成本较低，可以得到便于工程实
际应用的块体纯钨材料。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术的流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例1轧制后所得纯钨金属电子背散射衍射(EBSD)扫描得到的晶粒微观形貌图和晶体取向分布及强度的极图，(a)为EBSD扫描的晶体微观形貌图和取向分布情况，(b)为描述晶体取向强度的极图；
[0029]图3为本专利技术实施例1轧制后所得高强韧纯钨金属的动态压缩真实应力
‑
应变曲线图；
[0030]图4为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过晶体织构设计提升纯钨金属绝热剪切敏感性的方法，其特征在于，包括以下步骤：对晶粒取向随机分布的粗晶纯钨金属材料进行剧烈塑性变形处理，得到含有强织构微观组织的纯钨金属材料，完成对纯钨金属绝热剪切敏感性的提升。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剧烈塑性变形处理的温度为450℃～1250℃。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗晶纯钨金属材料的纯度高于99.95％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剧烈塑性变形处理为多道次轧制，每道次之间回...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建国，索涛，阚秀凯，钟金桂，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：