论文部分内容阅读
身管是火炮系统的主要部件,关系到武器的总体效能。身管的使用寿命受制于身管内膛表面的烧蚀程度,热因素、化学因素和机械因素严重影响着烧蚀程度,降低三大因素对身管的影响是提高身管寿命的必要途径。针对火炮身管的烧蚀因素,提出用Ti Al N薄膜防护炮钢基体,减轻三大因素对身管的危害。采用材料性能测试与数值仿真相结合的方法,围绕高温氧化实验、摩擦磨损实验、热-结构耦合仿真、摩擦磨损仿真展开,以期对身管防护涂层研究有所启示。1)对身管和镀膜身管进行了热-结构静力耦合分析。研究表明:温度沿身管呈梯度分布,主要热影响区小于1mm;温度的最大值出现在与火药气体接触的表面上,镀膜身管最大温度值较高;无镀膜身管应力最大值出现在内表面,镀膜身管应力最大值出现在镀层与炮钢的界面处。2)对比分析了Ti0.70Al0.30N薄膜与Ti0.50Al0.50N薄膜的氧化性能。研究表明:氧化前,两种薄膜与炮钢结合良好;氧化后,Ti0.70Al0.30N薄膜表面生成了铁的氧化物,Ti0.50Al0.50N薄膜表面生成了Al2O3和Ti O2混合氧化物膜;Al的相对含量是影响Ti Al N薄膜抗氧化性的关键,Ti0.50Al0.50N薄膜的抗氧化性明显好于Ti0.70Al0.30N薄膜。3)对比分析了Ti0.50Al0.50N薄膜与Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜的氧化性能。研究表明:氧化前,两种薄膜与炮钢结合紧密,Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜表面的颗粒更少;氧化后,Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜表面氧化物的晶粒尺寸较小;Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜的抗氧化性比Ti0.50Al0.50N薄膜更好。4)测试了Ti0.50Al0.50N薄膜、Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜的摩擦系数。研究表明:相同条件下,Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜的稳定摩擦系数小于Ti0.50Al0.50N薄膜,并且发现Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜的附着性更好;镀有Ti0.50Al0.50N薄膜的炮钢样品表面硬度更大,但都小于薄膜本身的硬度;利用LS-DYNA软件模拟两种薄膜摩擦时的受力状态,应力主要集中在恢复区与拉伸区、拉伸区与压缩区的交界处,Von Mises等效应力随着磨痕的扩展而减小。