35CrMnSiA钢弹体高速撞击下的3种低碳合金钢失效分析

基于上述从宏观和微观层面对3种低碳合金钢失效模式和机理的讨论推断：低碳合金钢的失效破坏与其动态压缩屈服强度及剪切强度有关。对于以22SiMnTi为代表的高强度和高硬度钢，当内应力超过其动态剪切强度时，绝热剪切带在极短的时间内形成，材料发生绝热剪切破坏；对于以Q235A和10CrNiMo为代表的高塑性钢，在弹体侵彻的初始阶段，当内应力超过材料的动态压缩屈服强度时，材料将进入塑性流动阶段；随着钢板塑性变形量的增加，钢板的厚度不断减小，当内应力增大到材料的动态剪切强度时，材料发生塑性剪切破坏。

从8.3节中35CrMnSiA钢平头圆柱弹体对低碳合金钢板侵彻试验结果可以看出，10CrNiMo钢展现出最优的抗35CrMnSiA钢弹体高速侵彻性能，22SiMnTi和Q235A钢次之。为进一步验证上述结论，通过补充试验计算弹道极限速度与极限比吸收能来定量表征3种低碳合金钢板的抗35CrMnSiA钢弹体高速侵彻性能。验证试验结果列于表8.6中，采用文献［326］中提供的弹道极限速度公式进行计算：

式中，v50为弹体贯穿靶板的弹道极限速度；vA为混合区内全部测试速度的平均值；NP为局部贯穿数；NC为完全贯穿数；vHP为局部贯穿时的最高速度；vLC为完全贯穿时的最低速度。因试验用防弹钢板的实际厚度稍有差别，在此采用极限比吸收能表征钢板的抗弹体撞击性能。钢板的极限比吸收能可以通过下式计算：

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式中，ISEA为靶板的极限比吸收能，J·m2/kg；m为弹体质量，kg；ρ为靶板的密度，kg/m3；d为靶板的厚度，m。3种低碳合金钢板的弹道极限速度和极限比吸收能计算结果见表8.6。

表8.6　验证试验结果

由表8.6可见，3种低碳合金钢板的弹道极限速度和极限比吸收能由高到低排列为10CrNiMo＞22SiMnTi＞Q235A，与8.3节中的推测结果一致。从上述试验和分析可以得到，在35CrMnSiA钢弹体高速撞击下，具有最高强度与最高硬度的22SiMnTi钢板和具有最优异塑性的Q235A钢板均未表现出最佳的抗弹性能，10CrNiMo钢板强度和塑性介于22SiMnTi和Q235A钢之间，由于其具有优异的综合力学性能，在弹道冲击试验中表现出了最佳的抗高速侵彻性能。这与文献［34-37］中结论并不完全一致的原因在于平头弹高速撞击下防弹钢板的响应特性和失效机制与锥形、卵形弹高速撞击下不同。因此，在平头弹体高速侵彻防弹钢板问题中，防弹钢板的抗侵彻性能与材料强度无确定关系，材料塑性对其防护性能的影响同样重要。所以，在进行防护材料和结构设计与优化过程中，应考虑具体防护对象及防弹钢板在复合结构中的作用，对防弹钢板的强度和塑性进行综合优化设计。