專利名稱：一種孿晶誘導塑性鋼藥形罩的制作方法
技術領域：
本發明涉及藥形罩材料領域，特別涉及孿晶誘導塑性鋼在藥形罩上的應用。
背景技術：
藥形罩的作用是利用爆炸作用形成高速的彈丸，以便在侵徹目標時獲得較佳的侵 徹性能。在高能炸藥起爆后，高溫高壓的爆轟產物作用于藥形罩，使罩材發生極大的塑性變 形而被壓垮、閉合形成具有較高質心速度(1500 3000m/s)和一定結構形狀的彈丸，它利 用動能侵徹目標。藥形罩材料對于改善爆炸成形彈丸(EFP)的成形性和侵徹性能是非常關鍵的因 素。為形成良好的彈丸，減小變形過程中的質量損失，必須選擇強度足夠高、密度大、韌性 和塑性較好的材料，尤其要考慮材料的動態特性。對新型藥形罩材料的研究應集中于增大 材料的密度和提高材料的延展性上。密度大可使爆炸成形彈丸的斷面比動能大，從而以更 高的能量密度和更大的沖擊力來提高侵徹能力；良好的動態延展性和較高的機械強度有利 于彈丸的拉伸，形成大長徑比的完整彈丸，使得彈丸的侵徹深度增大。根據目前公開的資 料(1.胡忠武，李中奎，張廷杰，等.藥形罩材料的發展[J].稀有金屬材料與工程，2004， 33(10) =1009-1012. 2.郭志俊，張樹才，林勇.藥形罩材料技術發展現狀和趨勢[J]，中國鉬 業，2005，29(4) =40-42.)表明，用于制作藥形罩的材料有很多，如工業純鐵、紫銅、鉭或者 鉭-鎢合金、鉬、鎳、鎢以及貧鈾合金等。但目前所應用的藥形罩材料存在有成本過高、爆炸 成形彈丸長徑比不夠大、塑性有待提高、污染環境以及資源有限等方面的問題，因此，在目 前應用的基礎上，新型藥形罩材料的應用需綜合考慮材料的力學性能、密度、成本及環保等 因素，可以在現有材料中將具有較高的強韌性、塑性、密度足夠大以及資源豐富的材料應用 于藥形罩的制造上。
發明內容
本發明針對現有藥形罩材料所存在的問題提供了一種孿晶誘導塑性(Twinning Induced Plasticity，簡稱TWIP)鋼藥形罩。其目的是在滿足威力要求的前提下，盡量降低 藥形罩的成本，發揮鋼鐵材料的資源優勢，提供一種可大量生產、大批裝備的藥形罩。另外， 現代科學技術的發展，侵徹裝備形成系列，必須有相應的制作侵徹裝備的材料也要形成系 列，保證制備不同類型藥形罩的需求，保證不同類型的裝備完成各自的功能，并儲備藥形罩 研制、生產材料。將TWIP鋼應用于藥形罩可充分利用其性能特點，一方面，在藥形罩制造過 程中可避免裂紋等缺陷的產生，從而提高成材率；另一方面，使藥形罩在爆炸成形彈丸過程 中形成很大長徑比和飛行穩定性高的完整彈丸，從而提高彈丸的侵徹能力。TWIP鋼是一種低層錯能的合金，孿生是影響其塑性變形的主要機制，稱為孿晶誘 導塑性鋼。TWIP鋼是近年來隨著汽車輕量化的需求而發展起來具有高強度、高塑性指標的 新鋼種，TffIP鋼是一種具有TWIP效應的鐵基金屬。一種孿晶誘導塑性鋼藥形罩的制備方法，其特征在于，使用孿晶誘導塑性鋼材料，通過成形工藝制造藥形罩；孿晶誘導塑性鋼材料成分質量百分比為c，≤0. 08% ；Mn, 25% 35% ;A1，2% 4% ;Si，2% 3% ;S，≤0. 01% ;P，≤ 0. 01% ；Fe 為余量；工藝步 驟為將孿晶誘導塑性鋼進行雙固溶處理軋后板厚4 7mm，第一次固溶處理，900°C固溶 30分鐘，冷卻速度為20°C /s ；然后通過成形工藝將板材加工成藥形罩，壁厚3-5mm，再次固 溶處理1000°C 1100°C固溶45 90分鐘，冷卻速度為20 50°C /s ；熱處理后的室溫伸 長率> 80%。TffIP效應這一概念由Grassel和Frommeyer于1998年正式提出，所謂TWIP效應就 是指材料在外力作用下通過孿生誘發塑性變形產生孿晶誘發塑性效應，根據這一概念，具 有這種效應的這類鋼就稱為TWIP鋼。TWIP鋼具有優異的力學性能，在靜態及準靜態變形條 件下，它的強度通常為600 1 IOOMPa,斷后伸長率通常可達60 % 95 % ；除此之外，還具有 高的能量吸收能力(20°C時吸收能能夠達到0. 5J/mm3,比傳統深沖鋼高2倍多)，在-196 200°C溫度區間，形變時沒有低溫脆性轉變溫度。本發明采用TWIP鋼制造的藥形罩是通過 成形工藝制造的，TWIP鋼的上述特點使得TWIP鋼應用于藥形罩制造時，在藥形罩的成形過 程中可避免裂紋等缺陷的產生從而保證了產品質量并極大的提高成材率。在形成彈丸過程中，藥形罩材料承受IO3 IOfV1的高應變率，這就要求藥形罩材 料還要具有良好的動態力學性能。TWIP鋼在高應變率下塑性變形時，應變率對材料具有增 強增塑效應，即隨著應變率的提高強度和塑性增加，因此，在形成彈丸過程中，TWIP鋼的動 態力學性能明顯高于靜態及準靜態力學性能。優良的靜態及動態力學性能，尤其是較好的 強韌性結合以及極高的延展性，保證了 TWIP鋼作為藥形罩材料在形成彈丸過程中，彈丸被 充分拉長而不被拉斷，從而增大長徑比并保持彈丸的完整性，可以極大地提高其侵徹能力。從材料成本與戰略資源的角度考慮，TWIP鋼是鐵基金屬，其主要合金成分是Mn、 Si、Al，與鉭、鎢、鉬、鎳、銅等稀有、貴金屬相比，具有資源豐富，成本低廉的優勢。
具體實施例方式本發明采用孿晶誘導塑性鋼制造藥形罩，具體實施方式
如下實施例11.孿晶誘導塑性鋼的制備利用傳統的真空冶煉、軋制工藝制備出鋼板，孿晶誘導塑性鋼的成分(質量分數)=C,^ 0. 08% ；Mn, 25% ；Al, 3% ；Si, 3% ；S, ≤ 0. 009% ；P，≤ 0. 01% ；Fe 為余量。軋制工藝鋼板在1200°C加熱2小時；利用二輥熱軋機熱軋，得到厚度為12mm左 右的鋼板，總變形量為80% 90%，開軋和終軋溫度分別為1100°C和950°C，在四輥冷軋機 上冷軋至4 7mm左右的厚度。2.冷軋鋼板的熱處理工藝將冷軋鋼板置于加熱爐中在900°C的溫度下固溶0. 5 小時，以20°C /s的冷卻速度冷卻至室溫。3.藥形罩成形工藝按照所設計的尺寸將鋼板沖盂，通過旋壓成形工藝加工成壁 厚為3 5mm的藥形罩。4.藥形罩熱處理工藝將藥形罩在1000°C的溫度下真空保溫90分鐘，以20°C /s 的冷卻速度冷卻到室溫。藥形罩的室溫顯微組織為含有退火孿晶的單相奧氏體，室溫伸長率≥80%。
實施例2:與實施例1不同之處在于孿晶誘導塑性鋼的化學成分的不同，具體化學成分為 (質量分數):C，<0.08%;Mn，35%;Al，3%&S ；Si，3%左右；S，彡 0. 009%;P,^ 0. 01%；
Fe為余量。藥形罩的室溫顯微組織為含有退火孿晶的單相奧氏體，室溫伸長率彡80%。實施例3 與實施例1和實施例2的不同之處在于孿晶誘導塑性鋼的化學成分不同，藥形罩 固溶熱處理工藝不同。1.孿晶誘導塑性鋼的制備利用傳統的真空冶煉、軋制工藝制備出鋼板，孿晶誘導塑性鋼的成分(質量分數)=C,^ 0. 08% ；Mn, 30% ；Al, 3% ；Si, 3% ；S, 彡 0. 009% ；P，彡 0. 01% ；Fe 為余量。軋制工藝鋼板在1200°C加熱2小時；利用二輥熱軋機熱軋，得到厚度為12mm左 右的鋼板，總變形量為80% 90%，開軋和終軋溫度分別為1100°C和950°C，在四輥冷軋機 上冷軋至4 7mm左右的厚度。2.冷軋鋼板的熱處理工藝將冷軋鋼板置于加熱爐中在900°C的溫度下固溶30分 鐘，以20°C /s的冷卻速度冷卻至室溫。3.藥形罩成形工藝按照所設計的尺寸將鋼板沖盂，通過旋壓成形工藝加工成壁 厚為3 5mm的藥形罩。4.藥形罩熱處理工藝將藥形罩在1100°C的溫度下真空固溶45 60分鐘，以 500C /s的冷卻速度冷卻到室溫。藥形罩的室溫顯微組織為含有退火孿晶的單相奧氏體，并且組織較實施例1和實 施例2更細小，室溫伸長率> 80%。組織細化使藥型罩不僅在宏觀上有高度的旋轉對稱而 且在微觀上也具有高度的旋轉對稱，有利于增加累積射流長度和斷裂時間，從而增強藥形 罩的侵徹威力。
權利要求
一種孿晶誘導塑性鋼藥形罩的制備方法，其特征在于，使用孿晶誘導塑性鋼材料，通過成形工藝制造藥形罩；孿晶誘導塑性鋼材料成分質量百分比為C，≤0.08％；Mn，25％～35％；Al，2％～4％；Si，2％～3％；S，≤0.01％；P，≤0.01％；Fe為余量；工藝步驟為將孿晶誘導塑性鋼進行雙固溶處理軋后板厚4～7mm，第一次固溶處理，900℃固溶30分鐘，冷卻速度為20℃/s；然后通過成形工藝將板材加工成藥形罩，壁厚3-5mm，再次固溶處理1000℃～1100℃固溶45～90分鐘，冷卻速度為20～50℃/s；熱處理后的室溫伸長率≥80％。
全文摘要
一種孿晶誘導塑性鋼藥形罩，屬于金屬材料領域。材料成分范圍為C，≤0.08％；Mn，25％～35％；Al，2％～4％；Si，2％～3％；S，≤0.01％；P，≤0.01％；Fe為余量。本發明對藥形罩材料進行雙固溶處理軋后板厚4～7mm，第一次固溶處理900℃固溶30分鐘，冷卻速度為20℃/s；然后通過成形工藝將板材加工成藥形罩，壁厚3-5mm，再次固溶處理1000℃～1100℃固溶45～90分鐘，冷卻速度為20～50℃/s。熱處理后的室溫伸長率≥80％。TWIP鋼應用于藥形罩材料領域，一方面，在藥形罩成形過程中可避免裂紋等缺陷的產生，從而提高成材率；另一方面，使藥形罩在爆炸成形彈丸過程中形成很大長徑比的完整彈丸，從而提高彈丸的侵徹能力，是一種優質的藥形罩材料。
文檔編號C21D8/00GK101824524SQ20101017694
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月14日 優先權日2010年5月14日
發明者任學平, 包衛平, 李潤蔚, 熊志平, 董成文 申請人:北京科技大學