Nghiên cứu công nghệ chế tạo hợp kim nặng W-Fe-Cr-Mn-Mo-Si-Ni-C làm lõi đạn xuyên
bộ giáo dục v đo tạo trờng đại học bách khoa h nội =======o0o======= Trần Bá Hùng nghiên cứu công nghệ chế tạo hợp kim nặng W-Fe-Cr-Mn-Mo-Si-Ni-C lm lõi đạn xuyên Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu vô Mà số: 62.52.90.01 tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà Nội 2009 Công trình nghiên cứu đợc hoàn thành Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS Trơng Ngọc Thận PGS.TS Trần Sĩ Kháng Phản biện 1: PGS TS Bạch Nhật Hồng Viện KHCN Quân Bộ Quốc phòng Phản biện 2: PGS TS Mai Đình Thắng Học viện kỹ thuật Quân Phản biện 3: GS TS Nguyễn Năng Định Trờng ĐHCN-ĐHQG Hà Nội Luận án đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp nhà nớc, họp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Vào hồi .ngày tháng .năm 200 Có thể tìm hiểu luận án Th viện Quốc gia th viện Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội danh mục bi báo khoa học liên quan đến luận án đ công bố 1.Trần Bá Hùng, (2004), Biến đổi kích thớc hạt độ đồng hoá thành phần bột hợp kim nặng theo chế độ nghiền, Tạp chí hoạt động khoa học, Bộ KH &CN, tr.33-39 2.Trần Sĩ Kháng, Trần Bá Hùng, Cao văn Thuỷ, Bùi DoÃn Đồng, Nguyễn Hồng Việt (2004), Nghiên cứu công nghệ nghiền bột sắt, Tạp chí Kỹ thuật Trang bị số 43, tr 27-29 2.Trần Sĩ Kháng, Trần Bá Hùng, Cao văn Thuỷ, Bùi DoÃn Đồng (2004), Nghiên cứu công nghệ đồng hoá hợp kim hoá thành phần bột hợp kim nặng mác 90%W+10%Fe, Tạp chí Kỹ thuật Trang bị số 107, tr 83-88 3.Trần Bá Hùng, Trần Sĩ Kháng, Trơng Ngọc Thận, Vũ Lê Hoàng (2007), Nghiên cứu chế tạo hỗn hợp bột ban đầu cho hợp kim nặng hệ tám nguyên W90(Fe+Ni+Cr+Mn+C+ Mo+Si)10, Tạp chí Khoa học Công nghệ số 1, tr 109-119, 4.Tran Ba Hung, Tran Si Khang, Truong Ngoc Than (2007), “ The deformation beheaviours following adiabatic shear band of the tungsten based heavy alloys”, Journal of science and technology” (5), pp 79-85 Trần Bá Hùng, Trần Sĩ Kháng, Trơng Ngọc Thận (2008), Nghiên cứu hợp kim làm pha cho hợp kim nặng, Tạp chí Khoa học kỹ thuật số 122, tr.26-33 6.Trần Bá Hùng, Trần Sĩ Kháng, Bùi DoÃn Đồng, (2008), Nghiên cứu chế tạo hợp kim nặng nguyên tố W-Fe-Ni-CrMn-Mo-Si-C, Tạp chí công nghiệp quốc phòng & kinh tế, Số đặc biệt khoa học công nghệ, tr 80-88 7.Trần Bá Hùng, Trơng Ngọc Thận , Trần Sĩ Kháng, (2009), Sự chuyển hoá động lõi đạn có tính cắt đoạn nhiệt xuyên mục tiêy, Tạp chí Khoa học Công nghệ kim loại số 22, tr 22-26 8.Trần Bá Hùng, Trơng Ngọc Thận , Trần Sĩ Kháng, (2009), ảnh hởng kích thớc hỗn hợp bột đến tính chất hợp kim nặng nguyên W-Fe-Ni-Cr-Mn-Mo-Si-C , Tạp chí khoa học & công nghệ trờng đại học kỹ thuật, số 70, tr 70-73 a phÇn giíi thiƯu chung luận án Tính cấp thiết đề tài Với khối lợng riêng () tính đặc biệt cao, hợp kim nặng (HKN) sở vonfram đà đợc sử dụng hiệu nhiều ngành công nghiệp, sản xuất vũ khí Trong sản xuất vũ khí, HKN vật liệu hàng đầu dùng để chế tạo lõi đạn có khả xuyên phá huỷ mục tiêu kể xe tăng đợc trang bị áo giáp phản ứng nổ tới hàng trăm mm Đà có nhiều công trình nghiên cứu sáng chế HKN đợc công bố cờng quốc quân nớc có công nghiệp luyện kim phát triển Với mong muốn góp phần ứng dụng-phát triển HKN cho chế tạo vũ khí chống tăng-nhiệm vụ trớc mắt lâu dài ngành công nghiệp quốc phòng nớc ta, đề tài luận án đợc chọn nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ chế tạo hợp kim nặng W-Fe-Cr-Mo-Mn-Ni-SiC làm lõi đạn xuyên Mục đích luận án - Chế tạo HKN có thành phần hoá học tơng đơng với HKN nguyên Mỹ dùng làm lõi đạn xuyên thay cho hợp kim sở uran nghèo từ hỗn hợp bột W nớc thép 5XHM - Xác định khả nâng cao lý tính HKN việc giảm kích thớc hạt hỗn hợp bột hóa bền nguyên tố hợp kim hóa với xử lý nhiệt - Đề xuất phơng án đánh giá gián tiếp khả xuyên HKN Đối tợng, phạm vi phơng pháp nghiên cứu Đối tợng nghiên cứu hợp kim có thành phần tơng đơng víi HKN nguyªn cđa Mü W90 Fe9,59Ni0,17Cr0,08Mn0,07C0,04 Mo0,025Si0,025 Đà sử dụng phơng pháp nghiên cứu sau để thực nội dung luận án: phơng pháp tổng hợp, phân tích đánh giá, phơng pháp thực nghiệm phơng pháp xử lý kết thực nghiƯm ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn cđa đề tài: * Lần đầu tiên, HKN nguyên W-Fe có tính cắt đoạn nhiệt (CĐN) thay cho uran nghèo làm lõi đạn xuyên chống tăng đợc chế tạo nớc ta công nghệ luyện kim bét (LKB) * ViƯc sư dơng thÐp 5XHM thành phần phối liệu HKN giải pháp sáng tạo khắc phục khó khăn, phức tạp công nghệthiết bị chế tạo thành phần bột liên kết nh tạo thêm khả hoá bền chuyển biến mactenxit tiết pha phân tán nhiệt luyện * Với lựa chọn nguyên liệu đầu vào sử dụng phơng pháp thiêu kết dới áp lực không rút ngắn đợc quy trình công nghệ mà làm tăng tính khả thi việc chế tạo HKN nguyên điều kiện thực tế nớc ta * Lần tài liệu khoa học nớc ta nêu phơng trình lợng biễu thị hành vi lõi đạn mục tiêu Phơng trình sở phơng pháp đánh giá gián tiếp số tiêu liên quan tới khả xuyên lõi đạn từ HKN thông qua biến dạng dẻo quy mô phòng thí nghiệm, nhờ thay đợc phần cho việc đánh giá trực tiếp trờng vốn phức tạp tốn Với nội dung kết nghiên cứu thu đợc, luận án có ý nghĩa mặt khoa học * Chế tạo thành công HKN nguyên góp phần thiết thực đáp ứng nhu cầu cấp bách Việt Nam vật liệu cho sản xuất lõi đạn xuyên chống tăng Vật liệu cần thiết cho ngành khí, đóng tàu điện nguyên tử phát triển nớc ta Vì vậy, ý nghĩa khoa học, luận án có ý nghĩa đáng kể thực tiƠn Bè cơc cđa ln ¸n Ln án gồm 122 trang, 66 ảnh, hình vẽ, đồ thị; 22 bảng 90 tài liệu tham khảo Trong đó: Mở đầu gồm trang; chơng 1: Tổng quan hợp kim nặng sở vonfram: 22 trang; chơng 2: Chuẩn bị mẫu phơng pháp nghiên cứu: trang; chơng 3: Xác định công nghệ ép nóng: 12 trang; chơng 4: ảnh hởng kích thớc hạt tới tính chất HKN nguyên: 15 trang; chơng 5: ảnh hởng thành phần nhiệt luyện tới tính chất HKN: 31 trang; chơng 6: Khảo sát tính cắt đoạn nhiệt dụng cụ tự chế tạo: 18 trang; Kết luận: trang; Danh mục công trình công bố: trang; Tài liệu tham khảo: trang b nội dung luận án Chơng 1: Tổng quan hkn sở vonfram 1.1 Khái quát loại vật liệu làm lõi đạn xuyên Vật liệu cho chế tạo lõi xuyên, thép, hợp kim cứng, hợp kim nặng, hợp kim uran nghèo Lõi xuyên sở uran nghèo (DU) có tính cắt đoạn nhiệt (CĐN), nên không bị biến dạng dẻo thành hình nấm mà bị phá huỷ bề mặt theo cách lột lớp vỏ Vì gây ô nhiễm môi trờng nghiêm trọng, uran nghèo bị cấm sử dụng cho chế tạo lõi đạn xuyên 1.2 Tình hình nghiên cứu phát triển HKN sở vonfram Hợp kim nặng sở vonfram hợp kim chứa từ 80 đến 98 %W, có khối lợng riêng khoảng 15-19 g.cm-3 Hợp kim nặng đợc chế tạo công nghệ LKB lµ compozit cã pha cèt W vµ nỊn lµ kim loại nh Fe, Ni, Cu.Do có tính chất đặc biệt, HKN làm việc môi trờng khắc nghiệt Việc nghiên cứu sử dụng HKN giới gắn liền với phát triển ngành luyện kim bột đợc thập kỷ 30 kỷ XX Hợp kim nặng hệ nguyên đợc nghiên cứu-phát triển sử dụng rộng rÃi nhiều ngành công nghiệp nh lợng nguyên tử, chế tạo máy bay, tàu thuỷ từ năm 40-50 kỷ trớc Trớc cấm vận lõi đạn xuyên sở DU, xt hiƯn h−íng nghiªn cøu míi víi mơc tiªu chÕ tạo HKN sở W, nhng có tính CĐN [30] Theo công bố nhà khoa học quân Mỹ năm 1999 số HKN sở W có tính CĐN có hợp kim W-Ni-Mn đợc dùng cho chế tạo lõi đạn xuyên thay cho DU Nhằm mục đích đảm bảo đợc tính CĐN nhng hạ giá thành vật liệu, HKN nhiều nguyên sở W-Fe đợc tập trung nghiên cứu-phát triển theo hớng hợp kim hoá nhiều nguyên tố kim loại kim nh: C, Mn, Cr, Mo, Các nớc có công nghiệp quốc phòng phát triển nh Nga, Mỹ đà đạt đợc nhiều thành tựu việc chế tạo HKN nhiều nguyên Fe dùng làm vật liệu cho lõi đạn xuyên đặc biệt sau chiến tranh vùng Vịnh Nam T Theo Deepak Kapoor [53], khả xuyên HKN W-Fe đợc hoá bền nguyên tố hợp kim tơng đơng với hợp kim nặng sở DU nớc ta, nghiên cứu HKN hai nguyên W85Ni15 ba nguyên W90Fe5Ni5 nguyên W80Fe15,2Ni3,6Co0,4Mo0,52Ti0,13 Al0,01 đợc tiến hành chủ yếu Viện công nghệ, Bộ quốc phòng từ năm 1999 với mục đích làm vật liệu cho chế tạo lõi đạn xuyên 1.3 Xác định mác HKN nghiên cứu công nghệ chế tạo Theo xu hớng phát triển HKN W-Fe giới điều kiện thực tế Việt Nam, đối tợng đợc chọn nghiên cứu HKN có thành phần tơng đơng với HKN hệ nguyên Mỹ: W90Fe9,59 Ni 0,17Cr0,08Mn0,07Si0,025Mo0,025C0,04 Công nghệ chế tạo HKN đợc chọn phơng pháp ép nóng (thiêu kết dới áp lực) từ hỗn hợp bột W thép 5XHM 1.4 Khả HKN nghiên cứu đáp ứng yêu cầu vật liệu làm lõi đạn xuyên Hợp kim nặng đợc chọn nghiên cứu chứa tới 90% W có khối lợng riêng theo tính toán 16,85 g.cm-3 Việc sử dụng đồng thời nhiều nguyên tố hoá bền nhiệt luyện Fe, mặt làm tăng tính pha nền, mặt khác cải thiện tính thấm ớt W trình thiêu kết có tham gia pha lỏng, nhờ tạo đợc liên kết vững pha cốt pha Nh vậy, HKN đợc chọn nghiên cứu với chế độ công nghệ chế tạo xử lý phù hợp không đáp ứng đợc yêu cầu khối lợng riêng mà tính vật liệu làm lõi đạn xuyên có khả cắt đoạn nhiệt 1.5 Các vấn đề cần hoàn thiện định hớng nghiên cứu Các vấn đề nghiên cứu sau đợc đặt ra: Khả sử dụng W dạng bột đợc chế tạo từ quặng vonframit Tuyên Quang phơng pháp thuỷ luyện làm pha cốt bột thép 5XHM làm pha HKN nghiên cứu; ảnh hởng thành phần, kích thớc bột phối liệu độ đồng hoá tới tổ chức tính chất HKN; Xác định chế độ công nghệ chế tạo HKN nguyªn b»ng Ðp nãng (lùc Ðp, thêi gian, nhiệt độ); Khả hoá bền HKN nhiệt luyện (tôi, ram); Khảo sát tính cắt đoạn nhiệt HKN dụng cụ tự chế tạo Chơng 2: chuẩn bị mẫu v phơng pháp nghiên cứu 2.1 Chuẩn bị mẫu Chuẩn bị hỗn hợp bột Bột pha cốt-W đợc chuẩn bị theo phơng pháp thuỷ luyện có cỡ hạt