[發明專利]一種確定金屬材料抗穿甲最佳微觀組織狀態的方法

有效

• 申請號: 202011048952.2
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112268794B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 屈瑞濤;吳少杰;張哲峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/42
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種確定金屬材料抗穿甲最佳微觀組織狀態的方法，屬于金屬材料高速斷裂技術領域。該方法包括：(1)通過不同處理獲得一系列化學成分相同但微觀組織不同的金屬材料，(2)通過準靜態壓縮實驗和維氏壓痕實驗獲得準靜態壓縮屈服強度σ_scs和硬度HV，(3)通過高速壓縮實驗和維氏壓痕實驗獲得動態壓縮屈服強度σ_dcs和動態硬度DHV，(4)根據動態及準靜態下強度與硬度的內在聯系確定抵抗穿甲(即抵抗高速穿孔)的最優微觀組織狀態。本發明可以簡捷方便地預判具有最優抗穿甲性能的微觀組織狀態(或強韌性匹配)，節約了穿甲實驗所耗費的時間和費用，并提供了一種快速可靠的選材方法，對高速工程領域的構件材料設計有指導作用。

技術領域

本發明涉及金屬材料高速斷裂技術領域，具體涉及一種確定金屬材料抗穿甲最佳微觀組織狀態的方法。

背景技術

由于金屬材料越來越廣泛地應用于高速工程領域，如爆炸成型、空間防護碰撞、防護材料抗穿甲性能等。作為高速工程的典型應用——防護材料的抗穿甲性能，一方面，傳統評價方法需要繁瑣的彈道實驗，費時且費力[M.A.Meyers,Dynamic behaviour ofmaterials[M],John WileySons,1994.]。另一方面，由于材料的基本力學性能，如強度、硬度或韌性往往可當作評價材料的加工及服役性能的指標。因此，近幾十年來，有大量研究試圖揭示強度、硬度和抗穿甲性能之間的聯系，并且發現了金屬材料的抗穿甲性能通常隨強度(或硬度)的增加先提高后降低，說明了優異的抗穿甲防護性能需要良好的強韌性匹配[P.K.Jena,B.Mishra,M.RameshBabu,A.Babu,A.K.Singh,K.SivaKumar,T.B.Bhat,Effectof heat treatment on mechanical and ballistic properties of a high strengtharmour steel[J],International Journal of Impact Engineering 37(3)(2010)242-249.]。然而，到目前為止，仍缺少一個有效的判據能夠準確預測最優抗穿甲性能所需的強韌性匹配(或微觀組織狀態)。

此外，考慮到穿甲過程需承受高速沖擊載荷，與高速壓縮和高速壓痕實驗具有一定的相似性，因此結合高速加載下的動態強度和動態硬度或許能夠對如何確定最優的抗穿甲性能提供理論支撐。遺憾的是，目前相關的研究較少，并且動態硬度的物理機制也尚不明確，導致動態強度、動態硬度與抗穿甲性能之間的關系還停留在實驗數據的擬合，缺乏具有明確物理意義且行之有效的準則。

發明內容

針對現有技術中存在的金屬防護材料的抗穿甲性能測試復雜且缺少有效選材判據的難題，本發明目的在于提供一種確定金屬材料抗穿甲最佳微觀組織狀態的方法，該方法結合準靜態、動態的壓縮和壓痕實驗，基于強度和硬度不同的應變速率敏感性及不同的主導的變形機制，提出了一種新的判據來預測金屬材料抗穿甲性能最優的材料微觀組織狀態，此判據也可作為裝甲防護材料的選材依據。該方法避免了費事費力的穿甲/彈道實驗，降低了時間成本和金錢成本，為高速工程領域的選材提供了可靠的力學性能指標。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種確定金屬材料抗穿甲最佳微觀組織狀態的方法，包括如下步驟：

(1)對給定化學成分的金屬材料進行變形加工和/或熱處理，獲得一系列化學成分相同但微觀組織不同(即不同強韌性匹配)的金屬材料樣品；

(2)對步驟(1)所得各金屬材料樣品進行室溫準靜態壓縮、拉伸和維氏壓痕實驗，測得準靜態壓縮屈服強度σ_scs、抗拉強度σ_UTS和硬度HV；

(3)進行室溫高速壓縮和維氏壓痕實驗，測得動態壓縮屈服強度σ_dcs和動態硬度DHV；