[发明专利]一种纳米晶纯铜药型罩挤压成形晶粒长大抑制方法

说明书

一种纳米晶纯铜药型罩制备方法，其特征在于：将铜坯料进行连续5次挤压。本发明制备的纳米晶药型罩晶粒细小均匀，产品性能一致性与稳定性好，能显著提升破甲战斗部药型罩的侵彻威力。

技术领域

本发明涉及金属塑性成形技术领域，尤其涉及一种纳米晶纯铜药型罩挤压成形晶粒长大抑制方法。

背景技术

典型的聚能装药射流具有较高的头部速度(≥8500m/s)和低的尾部速度(约3000m/s)，这种速度梯度使射流在一定的炸高条件下能拉得很长(达到20～100倍药型罩口径长度)，具有高侵彻能力。射流的侵彻能力是与连续射流长度成正比，但是由于金属内部缺陷与射流膨胀性作用，射流最终在轴向上会断裂成一段段的颗粒，而限制了连续射流的长度，以及侵彻能量的传递，且断裂颗粒间相互扰动，其侵彻能力急剧下降。国内外研究机构对药型罩内部组织(晶粒度、形貌、晶界等)、制造工艺和破甲性能之间的关系作了大量而深入的研究。研究表明，药型罩产品的晶粒尺寸、织构取向和其它内在性能参数对侵彻能力影响明显，晶粒尺寸与形貌是影响侵彻性能的内在质量的第一因子，纳米晶药型罩已成为研究的热点。

目前，适合制造高新性聚能装药战斗部用药型罩的金属材料主要有：纯铜、纯铁、铀合金、铜合金等，其中纯铜材料密度高(Cu的密度为8.93g/Cm³)、塑性好(室温伸长率≥45％)、声速大(4.7km/s)、熔点高(1083℃)，同时材料成形性能好(塑性成形极限达到95％)、储藏丰富、价格便宜，能够满足常规武器战斗部的高性能与低成本要求。铜作为聚能装药战斗部用药型罩已有50多年的发展历史，现有98％破甲战斗部采用纯铜药型罩，大量弹道试验研究表明，采用热轧、挤制的铜棒材或板材制造的药型罩，平均晶粒尺寸20～45μm，破甲侵彻威力不到9倍装药口径，已不能适应新一代反应装甲、陶瓷装甲、复合装甲的发展，制备纳米晶药型罩已成为发展高性能战斗部的关键技术之一。

为了进一步挖掘药型罩用纯铜材料的潜力，从连续射流长度与侵彻威力之间的关联性，以及金属材料的晶界理论出发，纳米晶材料具有较好的各向同性、高屈强比、大延展性，从材料的本征特性上讲能够进一步提高药型罩的侵彻能力。现有纯铜药型罩成形工艺有温挤压、冷挤压、旋压、冲压、电铸等，存在以下缺点：一是温挤压仅解决药型罩毛坯生产问题，材料利用率低；二是冷挤压晶粒尺寸长大明显，在变形弱区或剧烈变形区存在大小晶粒尺寸比40～100；三是冲压、旋压药型罩各向异性大，对称性差；四是电铸工艺效率低，环境污染严重；五是药型罩不同部位平均晶粒尺寸比达到20以上，破甲跳差增大8％～12％。

通过对现有纯铜药型罩成形工艺分析得出，冷挤压工艺具有室温成形、材料利用率高、环境性好等特点，适合于纳米晶药型罩制造，但如何控制晶粒长大是研制与生产中的难点问题。由此，本申请提供了一种纳米晶纯铜药型罩挤压成形晶粒长大抑制方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种纳米晶纯铜药型罩挤压成形晶粒长大抑制方法，使制备的纳米晶药型罩晶粒细小均匀，产品性能一致性与稳定性好，能显著提升破甲战斗部药型罩的侵彻威力。

本发明的目的是这样实现的：

一种纳米晶纯铜药型罩制备方法，其特征在于：将铜坯料进行连续5次挤压。

优选的，上述挤压中第一次挤压速率为10～15cm/min，变形程度15％～35％；第二次挤压，挤压速率为8～12cm/min，变形程度10％～30％；第三次挤压速率为6～10cm/min，变形程度5％～20％；第四次挤压速率为3～6cm/min，变形程度3％～10％；第五次挤压速率为1～3cm/min，变形程度1％～3％。

上述纳米晶纯铜药型罩制备方法，挤压前对模具进行液氮冷却1～3小时，液氮压力0.4～1.2MPa。

上述纳米晶纯铜药型罩制备方法，第五次挤压后对坯件进行液氮冷却反淬火处理，冷却时间2～4小时。