鎢絲束彈芯的幾種典型制備方法

經過了近年來的不斷探索和研究, 目前基本上可以形成這樣的幾點共識:一是復合工藝應使鎢絲的力學性能不降低或降低不多, 以保證復合彈芯具有較鎢合金更高的力學性能和穿甲性能;二是復合工藝方法不能太復雜且成本不能太高;三是鎢絲束的復合材料制備方法應能適于大批量生產制造, 以便于復合材料彈芯能在制式彈藥上應用。據此, 下面介紹幾種國外鎢絲束穿甲彈彈芯的典型制備方法。

用銅作粘結相的鎢纖維彈芯

為了測試銅粘結鎢纖維彈芯的終點彈道性能,選擇了傾斜雙層靶板結構和長徑比L/D =20 、直徑12mm 的鎢合金、鎢合金+包套、鎢纖維-銅粘結、鎢纖維-銅粘結+鈦包套、鎢纖維-銅粘結+鋼包套幾種彈芯, 并以1 400m/s 沖擊速度進行了穿甲試驗。結果表明, 對于各種彈芯, 包套都使其侵徹能力顯著下降,X 射線照片顯示, 在穿甲彈穿甲過程中包套與第二塊傾斜靶板之間發生強烈作用, 導致韌性包套側向剝離, 進而造成彈芯的破碎和側向加速。而無包套的鎢纖維彈芯與鎢合金彈芯相比, 其侵徹性能顯著提高, 約提高50 %以上。由于小纖維顆粒非常快速地從損傷的彈頭部分離, 在剩余彈芯中幾乎沒有產生彎曲動量, 從而避免了出現蘑菇狀頭部和彈芯彎曲, 增大了攻擊角, 提高了侵徹能力, 可見用銅粘結鎢纖維具有高的強韌性和穿甲性能, 是優異的穿甲彈候選材料。

用鋼作粘結相的鎢絲束彈芯

美國海軍的一項專利公布了一種較為經濟的用鋼—鎢復合的穿甲彈制造工藝。該工藝方法是將直徑0 .38mm 的鎢合金增強絲(質量分數:98 %W 、2 %Th2)用線束準直儀均勻地平行分布, 把準直儀和增強絲一起放入橡膠包套內, 再加入預先混入0 .6 %石墨粉(-80 ～326 目)的4600 鋼粉末(也可用4660鋼粉末)。封閉膠套并進行冷等靜壓, 壓力約為826MPa 。去掉包套和準直儀后將壓制件在氫氣中1 150 ℃燒結2h , 使坯件的致密度約為80 % ～85 %。之后, 坯料再經模鍛后的鎢絲排布會發生一些變化, 絲與絲之間的距離將減小, 但絲的外形尺寸基本沒有變化。將毛坯在855 ℃下奧氏體化, 淬火后, 在400 ℃回火1h , 其硬度可達HRC40 ～ 45 。成品彈芯中增強絲體積占30 %, 基體占70 %。經與常規M -2 穿甲彈、非增強4600 鋼彈(HRC60)進行對比侵徹試驗。

鎢合金絲熔滲穿甲彈芯
德國的L .W .Meyer 等人用Cu -2Be 合金材料為基體材料進行了不同鎢含量的復合彈芯材料的研究工作, 他們采用的工藝方法是將含有2 %ThO2 直徑1mm 的商用鎢絲豎直放進坩堝中, 在1 250 ℃的Cu -2Be 液體中熔滲1h , 然后將其裝入直徑30mm的鋼管內, 在300 ℃下加熱30min 后在模具中鍛成直徑23mm 棒料, 再次加熱后旋鍛成直徑17mm 棒料, 這時鎢絲直徑減小為0 .7mm 。對用這種方法制備的91W —CuBe 復合材料的密度為17g/cm3 , 在準靜態下測得的力學性能為:σb =1 750 ±96MPa 、σ0 .2=1 603 ±6MPa 、δ=0 .1 %～ 2 .5 %。同時他們還研究了這種復合材料的動態力學性能, 表明其具有高的應變敏感性, 如在應變率為103·s-1下壓縮強度可高達2 300MPa。

鎢絲熔滲非晶態合金彈芯

近年來, 美國研究制備了鎢絲嵌在連續的非晶態(金屬玻璃)或納米晶金屬中的復合材料穿甲彈彈芯, 典型的非晶態材料組分為鋯57 %、銅15 .4 %、鎳12 .6 %、鈮5 %、鋁10 %;典型的納米晶材料合金的組分為鈦34 %、鋯10 %、鎳8 %、銅48 %和鈦65 %、鋁10 %、鎳10 %、銅15 %。據專利報道, 美國試驗了用0 .25mm 的鎢絲平行于彈芯軸向緊密排列后,用成分為鋯41 .2 %、鈦13 .7 %、銅12 .5 %、鎳10 %、鈹22 .5 %的基體合金進行熔滲, 彈芯直徑為6 .35mm , 其長度為31mm 或51mm 。經這種工藝制備的彈芯, 鎢的體積分數約為80 %, 非晶態相約20 %, 平均密度約為17g/cm3 , 熔滲后的彈芯中空隙率很小,一般低于2 %。用這種尖頭彈芯材料對半無限鋁合金靶板進行試驗, 表明復合材料彈芯頭部幾乎不形成蘑菇頭;以1 200m/s 速度對4130 鋼進行靶試, 其侵徹比約比常規鎢合金彈芯提高10 %。很明顯, 侵徹深度的增加與存在金屬玻璃相和這種復合材料彈芯的“自銳”行為有關, 也可能與金屬玻璃相或微晶態材料中很窄的局部剪切帶引起的動態變形傾向所致。