钨丝束弹芯的几种典型制备方法

经过了近年来的不断探索和研究, 目前基本上可以形成这样的几点共识:一是复合工艺应使钨丝的力学性能不降低或降低不多, 以保证复合弹芯具有较钨合金更高的力学性能和穿甲性能;二是复合工艺方法不能太复杂且成本不能太高;三是钨丝束的复合材料制备方法应能适于大批量生产制造, 以便于复合材料弹芯能在制式弹药上应用。据此, 下面介绍几种国外钨丝束穿甲弹弹芯的典型制备方法。

用铜作粘结相的钨纤维弹芯

为了测试铜粘结钨纤维弹芯的终点弹道性能,选择了倾斜双层靶板结构和长径比L/D =20 、直径12mm 的钨合金、钨合金+包套、钨纤维-铜粘结、钨纤维-铜粘结+钛包套、钨纤维-铜粘结+钢包套几种弹芯, 并以1 400m/s 冲击速度进行了穿甲试验。结果表明, 对于各种弹芯, 包套都使其侵彻能力显著下降,X 射线照片显示, 在穿甲弹穿甲过程中包套与第二块倾斜靶板之间发生强烈作用, 导致韧性包套侧向剥离, 进而造成弹芯的破碎和侧向加速。而无包套的钨纤维弹芯与钨合金弹芯相比, 其侵彻性能显著提高, 约提高50 %以上。由于小纤维颗粒非常快速地从损伤的弹头部分离, 在剩余弹芯中几乎没有产生弯曲动量, 从而避免了出现蘑菇状头部和弹芯弯曲, 增大了攻击角, 提高了侵彻能力, 可见用铜粘结钨纤维具有高的强韧性和穿甲性能, 是优异的穿甲弹候选材料。

用钢作粘结相的钨丝束弹芯

美国海军的一项专利公布了一种较为经济的用钢—钨复合的穿甲弹制造工艺。该工艺方法是将直径0 .38mm 的钨合金增强丝(质量分数:98 %W 、2 %Th2)用线束准直仪均匀地平行分布, 把准直仪和增强丝一起放入橡胶包套内, 再加入预先混入0 .6 %石墨粉(-80 ～326 目)的4600 钢粉末(也可用4660钢粉末)。封闭胶套并进行冷等静压, 压力约为826MPa 。去掉包套和准直仪后将压制件在氢气中1 150 ℃烧结2h , 使坯件的致密度约为80 % ～85 %。之后, 坯料再经模锻后的钨丝排布会发生一些变化, 丝与丝之间的距离将减小, 但丝的外形尺寸基本没有变化。将毛坯在855 ℃下奥氏体化, 淬火后, 在400 ℃回火1h , 其硬度可达HRC40 ～ 45 。成品弹芯中增强丝体积占30 %, 基体占70 %。经与常规M -2 穿甲弹、非增强4600 钢弹(HRC60)进行对比侵彻试验。

钨合金丝熔渗穿甲弹芯
德国的L .W .Meyer 等人用Cu -2Be 合金材料为基体材料进行了不同钨含量的复合弹芯材料的研究工作, 他们采用的工艺方法是将含有2 %ThO2 直径1mm 的商用钨丝竖直放进坩埚中, 在1 250 ℃的Cu -2Be 液体中熔渗1h , 然后将其装入直径30mm的钢管内, 在300 ℃下加热30min 后在模具中锻成直径23mm 棒料, 再次加热后旋锻成直径17mm 棒料, 这时钨丝直径减小为0 .7mm 。对用这种方法制备的91W —CuBe 复合材料的密度为17g/cm3 , 在准静态下测得的力学性能为:σb =1 750 ±96MPa 、σ0 .2=1 603 ±6MPa 、δ=0 .1 %～ 2 .5 %。同时他们还研究了这种复合材料的动态力学性能, 表明其具有高的应变敏感性, 如在应变率为103·s-1下压缩强度可高达2 300MPa。

钨丝熔渗非晶态合金弹芯

近年来, 美国研究制备了钨丝嵌在连续的非晶态(金属玻璃)或纳米晶金属中的复合材料穿甲弹弹芯, 典型的非晶态材料组分为锆57 %、铜15 .4 %、镍12 .6 %、铌5 %、铝10 %;典型的纳米晶材料合金的组分为钛34 %、锆10 %、镍8 %、铜48 %和钛65 %、铝10 %、镍10 %、铜15 %。据专利报道, 美国试验了用0 .25mm 的钨丝平行于弹芯轴向紧密排列后,用成分为锆41 .2 %、钛13 .7 %、铜12 .5 %、镍10 %、铍22 .5 %的基体合金进行熔渗, 弹芯直径为6 .35mm , 其长度为31mm 或51mm 。经这种工艺制备的弹芯, 钨的体积分数约为80 %, 非晶态相约20 %, 平均密度约为17g/cm3 , 熔渗后的弹芯中空隙率很小,一般低于2 %。用这种尖头弹芯材料对半无限铝合金靶板进行试验, 表明复合材料弹芯头部几乎不形成蘑菇头;以1 200m/s 速度对4130 钢进行靶试, 其侵彻比约比常规钨合金弹芯提高10 %。很明显, 侵彻深度的增加与存在金属玻璃相和这种复合材料弹芯的“自锐”行为有关, 也可能与金属玻璃相或微晶态材料中很窄的局部剪切带引起的动态变形倾向所致。