兵器材料科学与工程

Ordnance Material Science and Engineering

试验研究

  • Li在单层TiSe_2吸附与扩散的第一性原理研究

    田瑞雪;丁昂;吴爱民;张硕;张贵锋;姚曼;黄昊;

    通过密度泛函理论计算方法,研究Li在单层二硒化钛(TiSe_2)的吸附与扩散行为,评估其用作锂离子电池电极材料的潜能。结果表明:Li吸附在单层TiSe_2具有适宜的吸附能,且在T位点的吸附更稳定。Li在单层TiSe_2的吸附过程使体系导电性提升,显示金属特性。差分电荷密度分析证明Li与TiSe_2间主要是离子键。最后,计算得出Li在单层TiSe_2的扩散能垒较低(0.23 eV),具有较高的速率性能。证明单层TiSe_2有作为高性能锂离子电池负极材料的潜能。

    2023年01期 v.46;No.316 1-5页 [查看摘要][在线阅读][下载 1154K]
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  • PTFE/Si_3N_4配副摩擦磨损试验研究与机理分析

    李颂华;张馨艺;孙健;张丽秀;

    为探究干摩擦下聚四氟乙烯(PTFE)对氮化硅(Si3N4)陶瓷材料的减摩润滑效果,用销块式高温摩擦磨损试验机进行不同温度和载荷下的滑动摩擦磨损试验,通过扫描电镜观察对偶件表面形貌,分析其磨损机制和润滑机理。结果表明:随温度的增加,摩擦因数和磨损率均先降后升;随载荷的增加,摩擦因数先降后升,磨损率逐渐升高。PTFE的磨损类型为黏着磨损,在摩擦过程中在对偶件表面生成不同形态的PTFE转移膜,在室温(25℃)下,转移膜以片状形式存在,随温度和载荷的增加,转移膜以细丝状形式存在,适当提高温度和载荷有利于生成表面完整和润滑性较好的转移膜,但温度和载荷过高会引起转移膜断裂和灼烧。因此,合理控制温度和载荷参数,可使PTFE减摩润滑效果最佳,为其在全陶瓷轴承中润滑提供指导依据。

    2023年01期 v.46;No.316 6-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 1161K]
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  • 基于增材制造技术的电枢结构优化与试验研究

    张庆霞;李军;刘坤;张沫;黄声野;郭学佳;

    基于拓扑结构设计技术,以C型电枢为例,依据发射过程中电枢受力及内部电流分布,用点阵结构拓扑优化电枢内部,设计并通过增材制造加工出半拓扑和全拓扑结构两种电枢,优化后的电枢较原电枢分别减质量37%和47%。通过发射试验,在峰值电流约550 kA时全拓扑结构电枢解体,半拓扑结构电枢在800 kA电流时仍可正常发射。结果表明:同样输入能量下,半拓扑优化电枢在发射电流为550、650、750、800 kA时,炮口速度分别提高了13.3%、11.3%、9.0%、5.0%,增材制造技术可为电枢轻量化设计提供新技术。

    2023年01期 v.46;No.316 13-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 957K]
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  • 复合材料天线结构低速冲击损伤与剩余强度

    张铁纯;连泽伟;胡建强;戴福洪;

    共形承载复合材料天线结构兼具力学承载和微波通信功能,由于其高度集成化和多功能化特点,应用前景广阔,但在制造和维修过程中极易受外来物的低能量冲击产生损伤。本文采用热压罐成型和二次胶结工艺制备以玻璃纤维增强复合材料为面板、以PMI泡沫为芯材并嵌入天线器件的复合材料天线结构。并对其开展低速冲击及冲击后压缩试验研究,对比含天线和不含天线两种结构的损伤特性与冲击后剩余压缩(CAI)强度。结果表明:与普通泡沫夹芯结构相比,复合材料天线结构的凹坑深度、冲击位移和背面纤维束拔出高度均减小,表明损伤阻抗能力增强;峰值载荷显著增加,100 J冲击能量下的峰值载荷为5.79 kN,增加了25.32%;压缩强度和CAI强度显著提高,压缩强度提高了28.87%,CAI强度提高超过113.08%;冲击破坏模式由整体贯穿及芯体大面积断裂变为芯体局部压溃、天线单元塑性变形及与泡沫夹芯大面积脱胶。

    2023年01期 v.46;No.316 19-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 1410K]
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  • 盆形金属橡胶三向动态力学性能试验研究

    王燃;王玮;吴乙万;白鸿柏;

    为满足小型精密仪器的三向减振需求,制备一种盆形金属橡胶。对其轴向、径向进行动态加载试验。采用控制变量法分析不同加载方式及工艺参数对盆形金属橡胶承载能力及耗能特性的影响,运用正交试验法分析3种制备工艺参数对盆形金属橡胶轴向、径向损耗因子的影响。结果表明:影响试件轴向承载能力最显著的是相对密度;影响试件轴向、径向损耗因子及径向承载能力最显著的是成形角度。

    2023年01期 v.46;No.316 27-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1271K]
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  • Ti-55511钛合金高温拉伸变形行为及显微组织演变

    董晓锋;张明玉;郭新;杨再江;叶红川;高填;

    基于高温拉伸试验,探究Ti-55511钛合金在温度为740~920℃和应变率为0.001~0.1 s~(-1)下的高温拉伸变形行为和显微组织演变规律,用Arrhenius双曲正弦函数模型推导了拉伸变形时的本构方程。结果表明:Ti-55511钛合金在两相区(740~860℃)变形时,流变应力随变形温度的提高和应变率的降低而降低,峰值应力曲线出现由陡到缓的下降,由本构方程计算出两相区变形激活能为559.653 kJ·mol~(-1),显微组织演变规律为在740、770℃变形时,断裂位置中短棒状α相沿合金变形方向被拉长和扭曲,破碎的α相形成等轴晶粒串,变形温度升至800、830℃时,扭曲α相减少,拉长α相变细,等轴晶粒串的数量增多,当温度升至860℃时,等轴α相的含量急剧下降,开始出现β晶界轮廓,破碎的α相细化的同时等轴化程度提高。在单相区(890~920℃)变形时,峰值应力比860℃先增后减,计算单相区的热变形激活能为196.039kJ·mol~(-1),断裂区域等轴β晶粒尺寸随变形温度的升高而增大,晶界呈锯齿状,这与动态回复过程中发生多边化及亚晶长大有关。

    2023年01期 v.46;No.316 35-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1350K]
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  • 自动炮击针表面性能提升技术研究

    袁永强;刘丹;林伦;顾震宇;马超;徐梓真;

    火炮在射击过程中击针受严重冲击振动及高温火药气体的冲刷,其在交变应力下产生表面疲劳裂纹,击针失效导致的火炮关键件寿命降低对火炮系统的整体性能影响重要。由于击针失效一般从表面开始,为改善其表面性能,研究了超声复合强化处理提高其表面综合性能。通过表面粗糙度、表面硬度和防腐性比较了传统加工和超声复合强化工艺。结果表明:超声复合强化处理的样件表面粗糙度为0.31μm,表面硬度相比传统加工工艺提高20%,击针寿命比传统车削工艺提高了约62%。材料表面的硬度和耐磨性能通过超声复合强化改善,性能大幅改善,使用寿命提高。

    2023年01期 v.46;No.316 43-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1010K]
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  • 高效切削高强钢切削力和切削温度仿真研究

    刘振祥;许立福;黄树涛;张玉璞;于晓琳;

    基于Abaqus有限元仿真软件建立切削30CrNi2MoVA高强钢的二维模型,研究切削力和切削温度随切削参数的变化规律。结果表明:高效切削30CrNi2MoVA高强钢时,切削力随切削速度的变化不明显,随切削深度的增加近乎直线增大;刀尖和前刀面的最高温度随切削速度和切削深度的增加而增大。

    2023年01期 v.46;No.316 48-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 1164K]
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  • 基于超声波焊接工艺的AZ31B接头组织及力学性能研究

    王重阳;安钰坤;杨思一;宋春达;袁建军;

    AZ31B镁合金易氧化、耐蚀性差,为避免高温对其焊接接头质量的影响,用超声波焊接工艺制备镁合金焊接接头,研究不同焊接能量下接头界面温度、接头形貌及力学性能。结果表明:随焊接能量增加,焊接接头界面温度和塑性变形单调增加且出现了波浪状、漩涡状形貌,当焊接能量达3 500 J时接头处出现明显裂纹;接头显微硬度随焊接能量增加先增后降,焊接能量为500、1 500、2 500、3 500 J时,界面结合区的硬度比母材分别提高17%、25%、33%、28%;随焊接能量增加,接头剪切力在2 500 J达到峰值后降低,接头断裂形式由界面断裂转变为沿焊接区域边缘断裂。

    2023年01期 v.46;No.316 55-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 1326K]
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  • Mo对Fe-B-C系堆焊合金组织及性能的影响

    龚建勋;肖志强;黄洪江;董海龙;

    采用“复合粉粒+H08A实心焊丝”埋弧焊方法制备了Mo_2FeB_2和Fe_2B双相增强的Fe-Mo-B-C系耐磨合金,用X-射线衍射仪、扫描电镜、附属电子能谱仪和磨损试验机研究了钼含量对其组织及性能的影响。结果表明:该合金的基体为铁素体(α-Fe),硬质相包含Fe_2B、Mo_2FeB_2、M_3(B,C)等相;随钼含量提高,初生Fe_2B相的体积分数降低,而Mo_2FeB_2相的数量明显提高,其显微硬度可至1 781HV,形态从共晶(α-Fe+Mo_2FeB_2)树枝状逐渐向初生硬质相的方块状转变,尺寸增加,这使该堆焊合金层的显微硬度升至1 200HV以上。磨损试验表明该堆焊合金的耐磨性先改善,后降低;9%Mo(质量分数)时,耐磨性最佳,Mo_2FeB_2相大小对合金耐磨性至关重要。

    2023年01期 v.46;No.316 63-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1172K]
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  • 玻璃纤维增强复合材料-钢组合桁架梁的力学性能

    苗璐璐;屈青山;

    为分析玻璃纤维增强复合材料-钢组合桁架梁的力学性能,以GFRP和Q345钢为原料,制备由上、下弦杆、斜腹杆及上、下横联组成的4种不同方案的GFRP-钢组合桁架梁构件(方案1~4)。用Abaqus构建不同方案GFRP-钢组合桁架梁的有限元模型,通过应力云图分析其应力变化,通过均布堆载加载方式进行构件加载试验,分析GFRP-钢组合桁架梁构件力学性能。结果表明:基础载荷下方案4桁架梁变形最大、方案3桁架梁变形最小;4.14 kPa载荷下,方案3的桁架梁上、下弦杆的最大拉、压应力最小,不易变形;方案3跨中挠度、上、下弦杆应变、GFRP侧和钢侧的挠度在4种方案中最小,几乎不受温度、湿度等影响;综上可知,以上、下弦杆和腹杆为钢,上、下横联为GFRP结构的钢组合桁架梁力学性能最佳。

    2023年01期 v.46;No.316 68-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1075K]
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  • 建筑外墙钢板涂层的抗冲击性能仿真研究

    袁璐;冷超群;

    在低碳钢板表面制备镍涂层,制成建筑外墙试样,用爆炸振动模拟冲击试验台测试涂层的抗冲击性能,用有限元软件Ansys/LS-DYNA模拟建筑外墙钢板涂层爆炸冲击过程。结果表明:加入涂层钢板后,距离爆炸点2 m时,建筑外墙试样边缘明显撕裂,钢板变形严重;距离爆炸点20 m时,墙体变形,钢板轻微变形。用不同加速度撞击钢板时,建筑外墙试样撞击挠度均小于1 m,涂层钢板可改善建筑外墙的抗冲击性能。仿真与试验结果一致。

    2023年01期 v.46;No.316 74-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 948K]
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  • 超高强铝合金尾翼架形性一体化控制成形

    崔亚;汪炜;赵熹;焦敏航;

    面向新型装备对轻质构件的迫切需求,以实现新型高强铝合金尾翼架形性一体化控制成形为目标,设计了累积剧塑性变形制备尾翼架(大口径带外纵筋筒形件)工艺,用Deform-3D软件对成形过程进行模拟,分别以变形均匀性和成形精度为优化目标,优化工艺、模具结构参数。结果表明:当变形温度为440℃、挤压速度为1 mm/s时,构件变形均匀性最佳;凸模促流角为10°时,外纵筋填充最好;用循环镦挤和精确反挤压工艺成功制备尾翼架,外筋充填饱满,壁厚差≤1mm;热处理后构件抗拉强度达725 MPa,伸长率为15.3%,实现了尾翼架形性一体化控制。该工艺整体应变为2.52,大塑性变形诱发的晶粒细化和强化相的弥散析出是尾翼架获得强韧性的主要原因。

    2023年01期 v.46;No.316 79-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1335K]
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  • 基于因素趋势法的GMA磁场研究和仿真分析

    闫洪波;马庆振;汪建新;于均成;付鑫;

    为增强超磁致伸缩驱动器(GMA)输出特性,提高超磁致伸缩材料(GMM)棒在磁场下的磁致伸缩性能,根据安培环路定律、基尔霍夫定律、磁通的连续性定律建立GMA磁路模型,推导出GMM棒中心线磁场强度和均匀率与GMA内各结构参数的关系式。在Ansys Maxwell中建立简化的二维平面模型,依据L_(25)(5~5)正交试验仿真分析,做极差分析、绘制因素趋势图、回归分析和规划求解,得出GMA内各结构参数对最大磁场强度和均匀率的影响。结果表明:GMM棒几何参数、GMA组件材料属性、线圈匝数和电流参数在工程设计约束下,影响GMM棒最大磁场强度和均匀率的主要因素为导磁片半径、导磁片厚度和驱动线圈长度。在多因素多目标决策,采用目标规划法,得到GMA最大磁场强度为40.22 kA/m,均匀率为95.17%。

    2023年01期 v.46;No.316 88-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1130K]
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  • 原位生成界面的第一性原理-内聚力建模

    邱辉;张方圆;李国平;林峙安;周鑫予;李锦棒;肖华海;金永生;

    激光熔覆技术制造(TiBw+TiCp)/Ti复合材料时颗粒与基体间为原位生成界面,为探究原位生成界面力学性能,用第一性原理和内聚力模型计算具体的界面结合强度。用Abaqus建立压缩模型,导入计算出的界面结合强度,分析其颗粒形貌的变化,并对不同应变率下的压缩试验进行验证。结果表明:位于剪切带上的TiB颗粒断裂,TiC颗粒尺寸较小且为球形,无显著变化。

    2023年01期 v.46;No.316 94-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1068K]
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  • 海洋装备电机常用金属材料表面防护盐雾试验分析

    张华伟;王立宇;曹宽;贾国超;魏彬;米永存;胡中原;

    针对海洋装备电机常用的7种典型金属材料2A12、7A04、2Cr13、05Cr17Ni4Cu4Nb、022Cr17Ni12Mo2、1J50、DT4C及常用的表面防护处理方式,进行盐雾试验,通过腐蚀形貌分析表面防护体系耐腐蚀性能,获得耐盐雾腐蚀性能最佳的表面防护体系。结果表明:钢基体化学镀镍磷合金镀层耐腐蚀性能优于铝基体,铝基体中7A04耐腐蚀性能优于2A12;铝基体硫酸阳极化、黑色电泳,铁基体铁红+丙烯酸聚氨酯漆、黑色电泳和化学镀镍耐盐雾腐蚀性能较好;不锈钢的Cr含量对材料耐腐蚀性能的影响显著,通常含Cr较高的不锈钢耐腐蚀性能较优,含Cr较低的不锈钢耐盐雾性能较差。为海洋装备用电机金属材料及防护措施的选用提供依据。

    2023年01期 v.46;No.316 101-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 906K]
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  • 基于反馈神经网络的机身镀层抗热冲击性能研究

    刘利;钟林;

    用磁控溅射离子镀设备在机身材料为高速钢M2的试件上制备Cr、Ti、N含量不同的4种镀层。用HADL2101DS8动静态电阻应变仪测试4种镀层在500℃热冲击下的水平方向、厚度方向的应力,输入反馈神经网络,计算不同镀层的破损率,评价其抗热冲击性能,确定最佳的镀层制备方案。用扫描电子显微镜观察镀层受热冲击前、后形貌。结果表明:当Cr、Ti、N的质量分数分别为56.89%、0.05%、43.06%时(方案1),镀层形貌无裂缝或脱落、氧化物白色颗粒最少,镀层破损率小于另外3种方案;方案1镀层抗热冲击性能最优。

    2023年01期 v.46;No.316 106-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 930K]
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  • 聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击弹内芯片缓冲作用

    何成洋;张新平;

    高速冲击时弹内芯片易损坏而失效,需缓冲保护,而有限的弹内空间对缓冲提出更高要求。本文探讨了有限空间(4 mm厚)中聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击下弹内芯片缓冲效果。用有限元探究胞元参数对蜂窝铝压缩性能的影响,优化了参数组合;测试了3D打印+熔模铸造制备的蜂窝铝力学性能;用有限元研究聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击弹内芯片缓冲性能。结果表明:蜂窝铝强度与吸能随壁厚增加而增加,随边长增加而降低;熔模铸造附铸铝合金的本构模型可较好地预测熔模铸造态蜂窝铝的压缩变形及吸能;与聚氨酯相比,聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击时弹内芯片的缓冲效果更好,最高提升49%。研究结果有利于发展新的弹内电子器件缓冲方法。

    2023年01期 v.46;No.316 112-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1032K]
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  • 不同铁粉对宽温高导MnZn铁氧体直流叠加性能的影响

    贺贤举;欧阳昌伟;杨军;王翔;

    以进口和国内4种不同铁粉为原料,通过传统陶瓷工艺制备宽温高导高直流叠加MnZn铁氧体。通过XRF分析4种铁粉成分差异,研究不同铁粉配方的铁氧体宽温直流叠加特性,通过SEM对铁氧体内部进行微区分析。结果表明:日本铁粉杂质含量低、纯度高,制备的铁氧体性能最佳;韩国和中国台湾铁粉有害杂质元素含量偏高,不利于制备宽温高导高直流叠加性能的铁氧体;湖南涟钢铁粉有害杂质元素略高于日本铁粉,调整主配方Fe_2O_3及添加剂CaCO_3、SiO_2用量后,涟钢铁粉制备的铁氧体性能在-40℃时起始磁导率μ_i≥3 200、增量磁导率μ_△≥2 900;25℃时μ_i≥4 100、μ_△≥3 600;85℃时μ_i≥4 500、μ_△≥2 400。

    2023年01期 v.46;No.316 117-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 931K]
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  • 激光冲击强化钢的残余应力数学建模分析

    陈巧灵;李宁;

    为分析钢在激光冲击强化后的残余应力,以SAPH420结构钢为例,进行激光冲击强化处理。用有限元和无限元结合构建钢残余应力的有限元模型,计算残余应力。结果表明:激光冲击的光斑搭接率为75%时,压应力约为814 MPa,激光冲击时间为3 500 ns时,内能、塑性能及弹性能分别约为65、60、10 mJ,激光冲击强化后钢表面平均硬度为350HV_(0.2),屈服强度和抗拉强度分别超过587.3 MPa和594.4 MPa,疲劳性能提升,残余应力影响的最大深度为0.35 mm,有利于提升钢的使用寿命。

    2023年01期 v.46;No.316 122-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 991K]
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综述

  • 铝合金缓蚀剂的研究进展

    季江婷;董耀华;魏晶晶;董丽华;朱红玲;陈振远;

    铝合金化学性质活泼,在腐蚀介质中易受腐蚀破坏,严重影响其使用寿命。为减缓、抑制铝合金腐蚀,在腐蚀介质中添加适当的缓蚀剂是一种简便、经济、高效的手段。基于国内外研究现状,重点概述了无机缓蚀剂、有机缓蚀剂、稀土缓蚀剂及其他缓蚀剂的研究现状及存在问题,分析了缓蚀剂对铝合金防腐的作用机理,探究了铝合金缓蚀剂在航天航空、海洋工程、金属加工等领域的应用实例,并对未来铝合金缓蚀剂的发展进行了展望。

    2023年01期 v.46;No.316 127-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 872K]
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