本發(fā)明涉及復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋁銅復(fù)合材料藥型罩的成形方法。

背景技術(shù)：

藥型罩是聚能破甲戰(zhàn)斗部的核心元件、是支撐高性能戰(zhàn)斗部研制的重要基礎(chǔ)，藥型罩材料是決定破甲性能的關(guān)鍵因素之一。藥型罩作為聚能裝藥戰(zhàn)斗部的關(guān)鍵構(gòu)件已有50多年的發(fā)展歷史，現(xiàn)役98％的破甲彈戰(zhàn)斗部采用純銅藥型罩，大量彈道試驗研究表明，采用軋制板材、擠制的銅棒材制造的藥型罩，平均晶粒尺寸在20μm～45μm，可以侵徹穿透9倍裝藥口徑厚度的鋼靶(45鋼)，但是射流出口孔徑不到φ15mm，最后的剩余射流質(zhì)量不到5％(與藥型罩總質(zhì)量相比)，侵徹毀傷后效低。

隨著新一代爆炸式反應(yīng)裝甲、陶瓷裝甲、復(fù)合裝甲的發(fā)展，純銅藥型罩已不能滿足高性能戰(zhàn)斗部研制需求。近年來，鉭合金、鎢合金、鈾合金等高密度功能性藥型罩材料及其應(yīng)用技術(shù)已成為國外重點發(fā)展方向，以鉭為例，具有高密度(16.66g/cm3)、高動態(tài)延展性(桿式侵徹體長徑比達(dá)到5倍)和優(yōu)異的侵徹性能，已成為國內(nèi)外研究的熱點。但鉭材料成本居高不下是藥型罩應(yīng)用的限制性環(huán)節(jié)，為了降低材料成本，提升藥型罩的侵徹毀傷威力。據(jù)公開資料表明，美國開發(fā)出侵徹后具有引燃特性的鋁銅、鈦鋯等雙金屬材料，并應(yīng)用于水中兵器戰(zhàn)斗部，具有引燃特性，由于國外嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，具體材料成分、工藝、性能未公開。

通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料表明，雙層金屬材料的制備工藝有疊軋、包套擠壓、粉末冶金燒結(jié)、真空釬焊等，該工藝存在以下缺點：一是疊軋工藝制備的雙層金屬間屬于物理結(jié)合，強(qiáng)度低，對于形狀復(fù)雜構(gòu)件成形過程易開裂(如錐形、曲面空間結(jié)構(gòu))；二是包套擠壓雙層金屬產(chǎn)品，適用于棒材加工，不同部位金屬之間比例控制難度大；三是粉末冶金低溫?zé)Y(jié)的材料存在不致密、孔洞等缺陷，不適合用于藥型罩；四是真空釬焊有中間填充層，脆性大，對藥型罩侵徹性能不利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種鋁銅復(fù)合材料藥型罩的成形方法，使制備的鋁銅復(fù)合材料藥型罩的鋁/銅界面結(jié)合好，不同部位之間金屬比例按設(shè)計要求分布，提高藥型罩的侵徹毀傷后效。

本發(fā)明提供的鋁銅復(fù)合材料藥型罩的成形方法，包括以下步驟：

(1)將冷擠壓成形的純銅藥型罩坯件，按照圖紙要求進(jìn)行外錐型面錐角、高度、端面口徑等尺寸的數(shù)控切削加工，加工過程控制表面的粗糙度、尺寸精度等，得到的銅錐殼體滿足圖紙設(shè)計要求。

(2)按照純銅藥型罩的內(nèi)型尺寸，將銅棒材加工成與之相匹配的冷鐵芯模，并與(1)得到銅錐殼體進(jìn)行精密裝配。

(3)將石蠟融化后，澆注出鋁銅復(fù)合材料藥型罩外層純鋁的形狀結(jié)構(gòu)，并對表面進(jìn)行修飾處理，為后續(xù)裝配作準(zhǔn)備。

(4)將石蠟型殼與(2)中的裝配體進(jìn)行裝配，并放入石膏型砂箱中，然后注入石膏，最后進(jìn)行自然干燥處理；

(5)將(4)得到的砂箱體進(jìn)行脫蠟處理，脫除石蠟，形成空腔體。

(6)將(5)得到的砂箱體進(jìn)行預(yù)熱處理，熔化的純鋁液從砂箱體的澆冒口澆入，注滿整個空腔體，再進(jìn)行自然冷卻。

(7)將(6)中得到的鋁銅復(fù)合材料坯件表面的石膏進(jìn)行清理，從冷鐵芯模上取下，獲得鋁銅復(fù)合材料坯件。

(8)將(7)得到鋁銅復(fù)合材料坯件，按照最終藥型罩的零件圖紙要求，對外型面錐角、口徑、高度等進(jìn)行數(shù)控切削加工，達(dá)到設(shè)計要求。

優(yōu)選的，所述冷擠壓成形的純銅藥型罩坯件，材料為tu1/t2，經(jīng)過(280～360)℃×(45～75)分鐘的再結(jié)晶熱處理，內(nèi)部平均晶粒尺寸≤15μm。

優(yōu)選的，加工過程控制表面的粗糙度、尺寸精度等，加工表面粗糙度≤ra0.8μm，外錐角度偏差≤1.5′。

優(yōu)選的，所述銅錐殼體與冷鐵芯模進(jìn)行裝配，要求裝配后兩者之間錐面的貼合率≥85％。

優(yōu)選的，所述自然干燥處理，溫度(22～28)℃，干燥時間(5～8)天。

優(yōu)選的，所述砂箱體進(jìn)行脫蠟處理，保溫溫度(100～120)℃，保溫時間(4～6)小時。

優(yōu)選的，所述砂箱體進(jìn)行預(yù)熱處理，保溫溫度(180～200)℃，保溫時間(2～4)小時。

優(yōu)選的，所述熔化的純鋁液從砂箱體的澆冒口澆入，鋁液保溫溫度(670～700)℃，靜置時間(10～30)分鐘，鋁液中間轉(zhuǎn)移時間(10～25)秒，澆注時間(5～15)秒。

優(yōu)選的，所述對鋁銅復(fù)合材料坯件表面的石膏進(jìn)行清理，在室溫水槽中浸泡(8～12)小時，用鐵鍬清理掉石膏層，注意保護(hù)好外表層不受損傷。

有益效果

本發(fā)明提供了一種鋁銅復(fù)合材料藥型罩的成形方法，首先將冷擠壓銅藥型罩坯件、銅棒加工出所需的形狀，進(jìn)行表面除油處理，再進(jìn)行裝配，保證銅錐體和冷鐵芯模之間錐面的貼合率達(dá)到設(shè)計要求；二是采用石蠟澆注出外層鋁的形狀結(jié)構(gòu)，并對表面進(jìn)行修飾處理，去掉少量凹坑等缺陷；三是將石蠟殼體、銅錐體、冷鐵芯模三者裝配一起，石蠟殼體在外層、冷鐵芯模在最里層；四是進(jìn)行石膏灌漿，經(jīng)過一定時間的自然冷卻干燥后，再進(jìn)行烘干脫蠟處理；五是進(jìn)行純鋁液的澆注，制備出鋁銅復(fù)合材料藥型罩。將制備的鋁銅復(fù)合材料藥型罩進(jìn)行檢測分析，評價界面有無裂紋、鋁層有無夾雜等缺陷。

本發(fā)明在制備鋁銅復(fù)合材料藥型罩過程中，保證組織性能、尺寸精度；實現(xiàn)鋁層和銅層的冶金結(jié)合，提高兩者之間的界面結(jié)合力，集成兩種材料優(yōu)勢，具有高延展性、高燃燒、橫向擴(kuò)孔增益效應(yīng)。

附圖說明

圖1純銅變壁厚錐體

圖2冷鐵芯模(t2銅材料)

圖3銅錐體與冷鐵芯模組合體

圖4鋁液澆注前的砂型

圖5獲得的鋁銅復(fù)合材料錐體

圖6獲得的鋁銅復(fù)合材料藥型罩

具體實施方式

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。

實施例1

一種鋁銅復(fù)合材料藥型罩的成形方法，采用以下步驟：

(1)將冷擠壓成形的純銅藥型罩坯件(tu1)，進(jìn)行320℃×60分鐘的再結(jié)晶熱處理，測得的平均晶粒尺寸為(10～15)μm；在數(shù)控加工設(shè)備上，按照圖1形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行切削加工，以5件產(chǎn)品為樣本，外錐型角度偏差-1.2′～0.7′，表面粗糙度(0.42～0.68)μm。

(2)按照純鋁銅復(fù)合材料藥型罩的內(nèi)型尺寸，將銅棒材加工成與之相匹配的冷鐵芯模(圖2)，表面粗糙度0.4μm，角度偏差0.2′，并與(1)得到的銅錐殼體進(jìn)行裝配，錐面的貼合率85％～90％(圖3)。

(3)將石蠟融化后，澆注出鋁銅復(fù)合材料藥型罩外層純鋁的形狀結(jié)構(gòu)，并對表面進(jìn)行修飾處理，為后續(xù)裝配作準(zhǔn)備。

(4)將石蠟型殼與(2)中的裝配體進(jìn)行裝配，并放入石膏型砂箱中，然后注入石膏，填滿砂箱后進(jìn)行自然干燥處理，室溫溫度26℃，時間為8天；

(5)將(4)得到的砂箱體進(jìn)行脫蠟處理，保溫溫度110℃，保溫時間5小時，石蠟脫除后形成一定尺寸形狀的空腔體(圖4)。

(6)將(5)得到的砂箱體進(jìn)行預(yù)熱處理，保溫溫度180℃，保溫時間4小時；將熔化的純鋁液溫度升至670℃，保溫靜置30分鐘，進(jìn)行澆注，中間轉(zhuǎn)移時間25秒，澆注時間9秒，澆注滿整個空腔體，再進(jìn)行自然冷卻。

(7)將(6)中得到的鋁銅復(fù)合材料坯件的砂箱體在水槽中浸泡10小時，用鐵鍬清理掉石膏層，得到圖5所示的構(gòu)件。

(8)將(7)得到鋁銅復(fù)合材料坯件，按照最終藥型罩的零件圖紙要求，對外型面錐角、口徑、高度等進(jìn)行數(shù)控切削加工，制備出圖6所示的鋁銅復(fù)合材料藥型罩。

制備的鋁銅復(fù)合材料藥型罩口徑75mm、內(nèi)錐角度60°、外錐角度61°20′，經(jīng)超聲波探傷檢測，鋁銅界面層結(jié)合緊密，無裂紋、冷隔等缺陷；采用拉伸試驗，鋁銅界面結(jié)合強(qiáng)度180mpa～210mpa，與純銅材料的強(qiáng)度相當(dāng)；采用靜破甲試驗，在4倍炸高條件下，侵徹深度為450mm～510mm，射流破孔口徑在20mm～25mm，破孔口徑比純銅藥型罩增大30％以上，射流有效質(zhì)量增加20％～30％；通過與純銅藥型罩的毀傷后效對比試驗表明(等體積藥型罩)，鋁銅藥型罩引燃青草概率達(dá)到60％，純銅藥型罩完全不能引燃青草。

實施例2

一種鋁銅復(fù)合材料藥型罩的成形方法，采用以下步驟：

(1)將冷擠壓成形的純銅藥型罩坯件(t2)，進(jìn)行350℃×60分鐘的再結(jié)晶熱處理，測得的平均晶粒尺寸為(5～8)μm；在數(shù)控加工設(shè)備上，按照圖1形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行切削加工，以5件產(chǎn)品為樣本，外錐型角度偏差-0.9′～1′，表面粗糙度(0.34～0.52)μm。

(2)按照純鋁銅復(fù)合材料藥型罩的內(nèi)型尺寸，將銅棒材加工成與之相匹配的冷鐵芯模，表面粗糙度0.4μm，角度偏差0.2′，并與(1)得到銅錐殼體進(jìn)行裝配，兩錐面的貼合率80％～85％。

(3)將石蠟融化后，澆注出鋁銅復(fù)合材料藥型罩外層純鋁的形狀結(jié)構(gòu)，并對表面進(jìn)行修飾處理，為后續(xù)裝配作準(zhǔn)備。

(4)將石蠟型殼與(2)中的裝配體進(jìn)行裝配，并放入石膏型砂箱中，然后注入石膏，填滿砂箱后進(jìn)行自然干燥處理，室溫溫度28℃，時間為5天；

(5)將(4)得到的砂箱體進(jìn)行脫蠟處理，保溫溫度120℃，保溫時間4小時，石蠟脫除后形成一定尺寸形狀的空腔體。

(6)將(5)得到的砂箱體進(jìn)行預(yù)熱處理，保溫溫度200℃，保溫時間2小時；將熔化的純鋁液溫度升至700℃，保溫靜置10分鐘，進(jìn)行澆注，中間轉(zhuǎn)移時間22秒，澆注時間6秒，澆注滿整個空腔體，再進(jìn)行自然冷卻。

(7)將(6)中得到的鋁銅復(fù)合材料坯件的砂箱體在水槽中浸泡12小時，用鐵鍬清理掉石膏層，得到鋁銅復(fù)合材料坯件。

(8)將(7)得到鋁銅復(fù)合材料坯件，按照最終藥型罩的零件圖紙要求，對外型面錐角、口徑、高度等進(jìn)行數(shù)控切削加工，制備出鋁銅復(fù)合材料藥型罩。

制備的鋁銅復(fù)合材料藥型罩口徑82mm、錐角度100°、等壁厚2.4mm，經(jīng)超聲波探傷檢測，鋁銅界面層結(jié)合緊密，無裂紋、冷隔等缺陷；采用拉伸試驗，鋁銅界面結(jié)合強(qiáng)度190mpa～225mpa，與純銅材料的強(qiáng)度相當(dāng)；采用靜破甲試驗，在6倍炸高條件下，侵徹深度為250mm～280mm，射流破孔口徑在50mm～60mm，破孔口徑比純銅藥型罩增大30％以上，射流有效質(zhì)量增加30％以上；通過與純銅藥型罩的毀傷后效對比試驗表明(等體積藥型罩)，鋁銅藥型罩引燃青草概率達(dá)到80％，純銅藥型罩完全不能引燃青草。

實施例3

一種鋁銅復(fù)合材料藥型罩的成形方法，采用以下步驟：

(1)將冷擠壓成形的純銅藥型罩坯件(tu1)，進(jìn)行300℃×75分鐘的再結(jié)晶熱處理，測得的平均晶粒尺寸為(5～8)μm；在數(shù)控加工設(shè)備上，按照圖1形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行切削加工，以5件產(chǎn)品為樣本，外錐型角度偏差-1.2′～0.3′，表面粗糙度(0.52～0.73)μm。

(2)按照純鋁銅復(fù)合材料藥型罩的內(nèi)型尺寸，將銅棒材加工成與之相匹配的冷鐵芯模，表面粗糙度0.4μm，角度偏差0.2′，并與(1)得到銅錐殼體進(jìn)行裝配，兩錐面的貼合率88％～92％。

(3)將石蠟融化后，澆注出鋁銅復(fù)合材料藥型罩外層純鋁的形狀結(jié)構(gòu)，并對表面進(jìn)行修飾處理，為后續(xù)裝配作準(zhǔn)備。

(4)將石蠟型殼與(2)中的裝配體進(jìn)行裝配，并放入石膏型砂箱中，然后注入石膏，填滿砂箱后進(jìn)行自然干燥處理，室溫溫度22℃，時間為8天；

(5)將(4)得到的砂箱體進(jìn)行脫蠟處理，保溫溫度110℃，保溫時間5小時，石蠟脫除后形成一定尺寸形狀的空腔體。

(6)將(5)得到的砂箱體進(jìn)行預(yù)熱處理，保溫溫度190℃，保溫時間3小時；將熔化的純鋁液溫度升至690℃，保溫靜置20分鐘，進(jìn)行澆注，中間轉(zhuǎn)移時間20秒，澆注時間12秒，澆注滿整個空腔體，再進(jìn)行自然冷卻。

(7)將(6)中得到的鋁銅復(fù)合材料坯件的砂箱體在水槽中浸泡10小時，用鐵鍬清理掉石膏層，得到銅復(fù)合材料坯件。

(8)將(7)得到鋁銅復(fù)合材料坯件，按照最終藥型罩的零件圖紙要求，對外型面錐角、口徑、高度等進(jìn)行數(shù)控切削加工，制備出鋁銅復(fù)合材料藥型罩。

制備的鋁銅復(fù)合材料藥型罩口徑104mm、錐角度90°、等壁厚2.8mm，經(jīng)超聲波探傷檢測，鋁銅界面層結(jié)合緊密，無裂紋、冷隔等缺陷；采用拉伸試驗，鋁銅界面結(jié)合強(qiáng)度190mpa～235mpa，與純銅材料的強(qiáng)度相當(dāng)；采用靜破甲試驗，在3倍炸高條件下，侵徹深度為300mm～330mm，射流破孔口徑在60mm～65mm，破孔口徑比純銅藥型罩增大20％以上，射流有效質(zhì)量增加25％以上；通過與純銅藥型罩的毀傷后效對比試驗表明(等體積藥型罩)，鋁銅藥型罩引燃青草概率達(dá)到80％，純銅藥型罩完全不能引燃青草。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明本發(fā)明提供的鋁銅復(fù)合材料藥型罩的成形方法，并具體公開其工藝步驟和條件，解決的技術(shù)問題在于使制備的鋁銅復(fù)合材料藥型罩的鋁/銅界面結(jié)合好，不同部位之間金屬比例按設(shè)計要求分布，提高藥型罩的侵徹毀傷后效。

技術(shù)研發(fā)人員：陳強(qiáng);舒大禹;趙祖德;吳洋;詹紅;屈俊岑;王長朋;王茂川

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國兵器工業(yè)第五九研究所

技術(shù)研發(fā)日：2019.07.29

技術(shù)公布日：2019.10.11