药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，包括五次液氮密封冷却和四次挤压，所述冷却设置于挤压前后。本发明专利技术制备的纳米晶纯铜材料晶粒细小均匀，且各向性能一致性好，能显著提升破甲战斗部药型罩的侵彻性能。

Preparation of nanocrystalline pure copper material for drug cover

The invention provides a preparation method of nanocrystalline pure copper material for a drug type cover, including five liquid nitrogen sealed cooling and four extrusion, and the cooling is set before and after extrusion. The nanocrystalline pure copper material prepared by the invention has fine grain uniformity and good consistency in anisotropic property, and can significantly enhance penetration performance of the armor piercing warhead.

【技术实现步骤摘要】
药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法
本专利技术涉及金属塑性成形
，尤其涉及一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法。
技术介绍
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。结果表明，药型罩产品的晶粒尺寸、晶粒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，尤其是纳米晶尺寸效应已成为研究与应用的热点。目前，适合制造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，制备细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，纯铜材料组织由微米尺度到纳米晶，能提高各向同性、屈强比、延展性，进一步提升战斗部的毁伤威力。现有大塑性变形技术以常规挤压或锻造、换向轧制、等通道挤压方法为主，该工艺存在以下缺点：一是晶粒尺寸不均匀，在变形弱区或剧烈变形区存在混晶组织；二是轧制板材的各向异性大；三是材料的收得率低、性能一致性差；四是通过单一工艺，制备纳米晶尺寸材料工序长、工艺复杂，L形挤压通常需要8-12次。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，使制备的纳米晶纯铜材料晶粒细小均匀，且各向性能一致性好，能显著提升破甲战斗部药型罩的侵彻性能。本专利技术的目的是这样实现的：一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，包括五次液氮密封冷却和四次挤压，所述冷却设置于挤压前后。即包括第一次液氮密封冷却、第一次挤压、第二次液氮密封冷却、第二次挤压、第三次液氮密封冷却、第三次挤压、第四次液氮密封冷却、第四次挤压、第五次液氮密封冷却。本专利技术保证材料在挤压过程中变形储能高，再通过后续热处理就能得到均匀细晶组织；且简化优化工艺，挤压次数少。优选的，上述第一次液氮密封冷却时间为0.5～2小时，第一次挤压速率为10～25cm/min，第二次液氮密封冷却时间为1～3小时，第二次挤压速率为8～15cm/min，第三次液氮密封冷却时间1.5～4小时，第三次挤压速率为5～10cm/min，第四次液氮密封冷却时间2～4小时，第四次挤压速率为2～8cm/min，第五次液氮密封冷却时间2～4小时。上述药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，包括第一次挤压前对模具冷却步骤，采用液氮冷却2～5小时，液氮压力0.4～1.2MPa。上述药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，第五次液氮密封冷却后进行热处理，在135±2℃保温3～15分钟。具体地，上述药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，按照以下步骤进行：(1)采用L形挤压模具系统，L形通道直段尺寸为φ90×120mm，纯铜的变形极限达到95％以上，纯铜坯料尺寸为φ90×100mm；(2)将备好的纯铜料，放入具有密封保温装置中进行液氮冷却，冷却时间45～90分钟；(3)将模具上的模套液氮冷却2～3小时，液氮压力0.8～1MPa。(4)在L型挤压通道表面涂抹润滑剂，将纯铜坯料放入通道进行一次挤压，挤压速率为10～15cm/min；(5)将一次挤压后的坯料放入密封保温装置中进行液氮冷却，中间转移时间≤30秒，冷却时间2～3小时；(6)清理L型挤压通道表面，并涂抹润滑剂，将一次挤压坯料放入通道进行二次挤压，挤压速率为8～12cm/min；(7)将二次挤压后的坯料放入密封保温装置中进行液氮冷却，中间转移时间≤30秒，冷却时间3～4小时；(8)清理L型挤压通道表面，并涂抹润滑剂，将二次挤压坯料放入通道进行三次挤压，挤压速率为5～8cm/min；(9)将三次挤压后的坯料放入密封保温装置中进行液氮冷却，中间转移时间≤30秒，冷却时间3～4小时；(10)清理L型挤压通道表面，并涂抹润滑剂，将三次挤压坯料放入通道进行四次挤压，挤压速率为2～5cm/min；(11)将四次挤压后的坯料放入密封保温装置中进行液氮冷却，冷却时间3小时；将带有气体保护功能的热处理炉加热到135±2℃，保温30分钟；将铜坯料快速放入热处理炉，保温5～10分钟。上述纯铜材料，优选选用的是TU1、TU2、T1、T2、T3。上述液氮，优选工业液氮(-196℃)。上述润滑剂，优选菜籽油、豆油、玉米油等。上述保护气体，优选氮气、氩气、氦气等。有益效果本专利技术方法通过结合研究金属材料多道次常规挤压变形过程中温升、变形储能阈值等因素对晶粒大小和力学性能的影响，而得出：挤压后坯料温度越低，细化效果越明显，变形后强度升高，塑性不显著降低。这一研究成果，通过对坯料进行深冷处理，并对挤压模具进行激冷降温，使挤压后坯料中变形储能值更高、且均匀，再通过液氮冷却进行反淬火+低温再结晶处理，获得纳米晶组织结构。本专利技术制备出纯铜坯料，并进行晶粒度、力学性能测试分析，获得所需的均匀纳米晶纯铜材料。此外，本专利技术还具有以下优异的特点：(1)纯铜材料组织均匀性好：平均晶粒尺寸≤500nm，不同部位平均晶粒尺寸偏差≤30％。(2)纯铜材料强度与塑性匹配性好：抗拉强度≥520MPa，屈服强度≥470MPa，伸长率≥12％。(3)纯铜材料屈强比增大：屈强比由0.4提高到0.85以上。(4)纯铜材料的生产效率高：与常规工艺8～12次挤压工序相比，减少工序1倍以上。附图说明图1L形挤压装置(1-下模板、2-下垫板、3-凹模套压板、4-冷却通道、5-左凹模、6-右凹模、7-凸模、8-凸模套、9-凸模垫、10-上模板、11-连接螺栓、12-冷却凹模套、13-固定螺栓)；图2带冷却功能的凹模套(图1中12)；图3实施例1中φ90mmTU1铜棒材的晶粒组织；图4实施例1中挤压后的铜坯料；图5实施例1再结晶热处理后的晶粒组织；图6实施例2φ90mmT2铜棒材的晶粒组织图7实施例2再结晶热处理后的晶粒组织具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行描述，有必要在此指出的是，所述实施例只用于对本工艺进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据本专利技术的技术方案做出一些非本质的改进和调整。实施例1一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，它具体包括以下步骤：(1)采用如图1所示的L形挤压模具系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，包括第一次液氮密封冷却、第一次挤压、第二次液氮密封冷却、第二次挤压、第三次液氮密封冷却、第三次挤压、第四次液氮密封冷却、第四次挤压、第五次液氮密封冷却。

【技术特征摘要】
1.一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，包括第一次液氮密封冷却、第一次挤压、第二次液氮密封冷却、第二次挤压、第三次液氮密封冷却、第三次挤压、第四次液氮密封冷却、第四次挤压、第五次液氮密封冷却。2.如权利要求1所述的药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，所述第一次液氮密封冷却时间为0.5～2小时，第一次挤压速率为10～25cm/min，第二次液氮密封冷却时间为1～3小时，第二次挤压速率为8～15cm/min，第三次液氮密封冷却时间1.5～4小时，第三次挤压速率为5～10cm/min，第四次液氮密封冷却时间2～4小时，第四次挤压速率为2～8cm/min，第五次液氮密封冷却时间2～4小时。3.如权利要求1或2所述的药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，还包括第一次挤压前对模具冷却步骤，采用液氮冷却2～5小时，液氮压力0.4～1.2MPa。4.如权利要求1、2或3所述的药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，所述第五次液氮密封冷却后进行热处理，在135±2℃保温3～15分钟。5.如权利要求1-4任一所述的药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，按照以下步骤进行：（1）采用L形挤压模具系统，L形通道直段尺寸为φ90×120mm，纯铜的变形极限达到95%以上，纯铜坯料尺寸为φ90...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强，舒大禹，陈强，赵祖德，夏祥生，王艳彬，吴洋，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50