B4C-2024Al復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)及高溫高應(yīng)變速率變形行為.pdf

1、本文以防護(hù)裝甲為背景，以低成本和高斷裂韌性為目標(biāo)，利用壓力浸滲法制備了45 vol.％和55 vol.%兩種B4C/2024Al復(fù)合材料。研究了復(fù)合材料的界面和微觀組織，測(cè)試了時(shí)效硬度、彎曲強(qiáng)度、斷裂韌性、高溫高應(yīng)變速率下的壓縮性能，并建立了壓縮組織與性能之間的聯(lián)系。利用剩余穿深法表征了兩種體積分?jǐn)?shù)復(fù)合材料的防彈性能，研究了靶板厚度、硬度和斷裂韌性對(duì)復(fù)合材料防彈性能的影響，利用聚焦離子束（FIB）切取了彈坑底部的透射電子顯微鏡（TEM）

2、試樣，分析了彈著點(diǎn)微觀組織損傷機(jī)理。
　　X射線衍射分析（XRD）結(jié)果表明B4C/2024Al復(fù)合材料的物相組成主要包括B4C、Al3BC、Al2Cu以及Al。TEM觀察發(fā)現(xiàn)B4C和Al之間為非共格界面，微米級(jí)的界面析出相 Al2Cu主要依附 B4C顆粒表面形成。Al3BC形貌呈棒狀，長(zhǎng)度在500 nm左右，由B4C-Al界面沿Al3BC[001]向Al基體中生長(zhǎng)。
　　時(shí)效硬度測(cè)試表明，復(fù)合材料時(shí)效峰不明顯，達(dá)到硬度最高值

3、所需時(shí)間隨時(shí)效溫度升高逐漸減少，130℃、160℃、190℃依次為100h、10h、3h。TEM觀察表明，由于界面析出相 Al2Cu在部分回溶過(guò)程中造成局部 Cu元素的富集，改變了復(fù)合材料基體的析出相種類，使S′相和θ′相共同析出。時(shí)效B4C/2024Al復(fù)合材料的硬度可達(dá)315，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度可達(dá)887MPa，斷裂韌性可達(dá)21MPa·m1/2。本文選取160℃時(shí)效10小時(shí)作為最佳時(shí)效工藝。
　　高溫、高應(yīng)變速率壓縮研究表明，45

4、vol.%和55 vol.% B4C/2024Al復(fù)合材料高溫壓縮性能規(guī)律一致，高溫壓縮流變應(yīng)力均隨溫度升高而降低，275℃之下均表現(xiàn)為應(yīng)變率不敏感或負(fù)敏感，275℃之上均表現(xiàn)為應(yīng)變率正敏感。
　　高溫壓縮后組織TEM觀察表明，400℃以后準(zhǔn)靜態(tài)壓縮基體組織中依次出現(xiàn)動(dòng)態(tài)恢復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，而應(yīng)變速率為1s-1的復(fù)合材料基體在高溫壓縮時(shí)始終是大變形動(dòng)態(tài)回復(fù)的亞晶組織。
　　用7.62mm穿甲燃燒彈測(cè)試了45 vol.%和55

5、vol.% B4C/2024Al復(fù)合材料的防護(hù)系數(shù)，結(jié)果表明，以603裝甲鋼作為背板，45 vol.%和55 vol.%的防護(hù)系數(shù)分別為3.61和3.25，與B4C+6061Al背板的防護(hù)系數(shù)相當(dāng)。用7.62mm普通穿甲彈測(cè)試了45 vol.%和55 vol.% B4C/2024Al復(fù)合材料的防護(hù)能力，結(jié)果表明55 vol.% B4C/2024Al復(fù)合材料半無(wú)限靶在受到子彈侵徹后只形成了一個(gè)彈坑而沒(méi)有發(fā)生碎裂，具有抵御多發(fā)彈的能力。對(duì)彈

6、孔邊緣的TEM觀察表明，微觀損傷形式為 B4C顆粒中產(chǎn)生位錯(cuò)、微裂紋和開裂；對(duì)彈著點(diǎn) TEM觀察表明，復(fù)合材料的變形規(guī)律為B4C的變形（多晶化）行為，以及Al基體的超細(xì)晶化。
　　對(duì)彈頭和彈坑的SEM觀察表明：彈頭與復(fù)合材料存在強(qiáng)烈的磨蝕作用，并因此使B4C顆粒轉(zhuǎn)移到彈頭表面。隨復(fù)合材料靶板厚度增加防護(hù)系數(shù)呈現(xiàn)先下降后上升的規(guī)律。B4C/2024Al復(fù)合材料防彈作用包含鈍化彈頭、磨蝕彈體和塑性變形吸能三種機(jī)理。其中鈍化彈頭在各種靶