挤压态钨合金绝热剪切局域化及微裂纹萌生现象研究

研究变形量对挤压态钨合金动态力学行为的影响及钨合金绝热剪切带内的微观开裂行为。结果表明,加载方向垂直于纤维取向时,随变形量由0增加至40.8%,挤压态钨合金绝热剪切敏感性显著增大;由对钨合金绝热剪切带内微观组织的SEM观察可知,靠近绝热剪切带中心处出现在微裂纹且微裂纹萌生于W-M界面及W颗粒内部;进一步的TEM观察可知,剪切带内W-M界面处存在大量的位错塞积,W颗粒中则出现亚晶内部及沿亚晶界扩展的微裂纹     

7039铝合金靶板侵彻过程中的组织特征及数值模拟

采用光学显微镜(OM)分析子弹斜侵彻7039铝合金后弹坑周围的组织特征,并对侵彻过程进行数值模拟.结果表明:子弹侵彻7039铝合金靶材后,弹坑周围的显微组织呈现有规律的特征;当绝热软化作用较弱时,弹坑周围出现绝热剪切带和裂纹;且随着热软化的加强,绝热剪切带聚合成较宽的层叠剪切变形带,紧邻的晶粒严重变形产生扭曲带,侵彻末期组织中形成大量的变形显微带.采用Largrange描述的Johnson-Cook本构模型能够有效地模拟子弹斜冲击侵彻7039铝合金靶材的过程.     

钛合金（Ti—17）的动态力学性能和损伤特性

利用分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆冲击加载装置,采用圆柱和锥台两种试样,在高应变速率加载条件下研究Ｔｉ－１７合金的应力应变响应和动态损伤特征实验结果表明,动态屈服应力和断裂应力比静态相应值高宏观损伤对应变速率敏感,而对应力不敏感,出现宏观损伤的临界应变速率．试样微观解剖显示绝热剪切带是材料宏观损伤的先兆,试样主要沿剪切带发生破坏、在垂直加载轴的横截面上,绝热剪切带呈圆弧形,平行加载轴剖面上绝热剪切带沿最大剪切应力方向．锥台试样中绝热剪切带的应变从始点到终点逐渐减小     

ZK60镁合金绝热剪切行为及损伤断裂研究

利用高应变率厚壁圆筒外爆压缩实验,分别加载固溶态和挤压态试样,观察其绝热剪切带数量、分布规律(间距)及其扩展和损伤等,研究ZK60镁合金绝热剪切行为及损伤断裂。研究表明,多条剪切带在扩展过程中是相互竞争的,它们之间存在合并和分叉现象,最终剪切带沿着与径向成45°顺时针或135°逆时针方向几乎对称分布在试样截面上,两种旋向的绝热剪切带并没有出现择优分布。挤压态试样由于强度更高,其绝热剪切敏感性更高。裂纹优先在绝热剪切带内部形核,实验中观察到裂纹位于剪切带的边缘,这与绝热剪切带温度场分布有关。     

20钢在C-N-O环境条件下高速冲击后组织分析

主要研究20钢在C-N-O环境中在高速冲击、冲击速度大小不同的情况下组织变化,用光学显微镜及TEM对该样进行组织分析。结果表明：20钢在C-N-O环境条件下随高速冲击速度大小不同其组织产生较大差异。当冲击速度为500m／s时,试样表面产生大量的孔洞、裂纹、绝热剪切带、滑移,同时基体组织也发生较大变化;冲击速度小于500m／s时,表面产生的孔洞、裂纹以及滑移都随之减少,且绝热剪切带消失。同时用TEM也分析了高速冲击后基体的组织,基体中渗碳体被高速冲击时冲断,而且铁素体中出现大量孪晶及位错。     

不同组织Ti6321合金的绝热剪切行为研究

通过热处理获得等轴组织、双态组织和魏氏组织的Ti6321合金,研究不同组织的Ti6321合金在动态压缩下的绝热剪切行为。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对帽形试样进行强迫剪切加载,结合扫描电子显微镜和金相显微镜,对其绝热剪切带和微观组织演化进行观察和分析。结果表明:Ti6321合金的绝热剪切敏感性与其组织密切相关,魏氏组织具有最高的绝热剪切敏感性,等轴组织与双态组织的绝热剪切敏感性接近。随着热处理温度的升高,双态组织的Ti6321合金初生α相含量降低,绝热剪切敏感性增大。冲击速度也会对Ti6321合金的绝热剪切行为产生较大影响,随着冲击速度提高,其绝热剪切敏感性提高。     

钛合金J-C动态本构参数高精度分析及抗弹性能研究

高速冲击下金属材料动态力学行为和变形局域化即绝热剪切变形的研究对材料在冲击环境下科学应用具有重要的意义。针对工程材料在大应变、高应变率和高温环境等应用条件,J-C本构方程是一种有效的处理手段。本文利用 “材料J-C本构参数及损伤模型参数测定系统”软件,通过聚类全局优化法获得一种近α型钛合金材料的J-C动态本构参数,规避了传统测定方法计算量大、方法复杂,且无法体现参数关联性等缺点;通过钛合金靶板的抗弹性能测试,利用J-C本构参数,采用商业动力学计算软件AUTODYN对枪击试验完成了模拟,模拟的各项结果与试验数据吻合度高,验证了J-C动态参数的准确度和精确性;通过弹孔显微组织分析可知在裂纹的末端可以观察到绝热剪切带,证明裂纹的萌生是由绝热剪切带引起,表明高速冲击动态环境下的失效模式主要为绝热剪切。     

温度对TB6钛合金动态压缩性能的影响

利用分离式高温Hopkinson压杆试验系统,对TB6钛合金在不同温度(550～850℃)下的动态冲击压缩力学性能进行测试,研究环境温度对试验材料在高应变率下的应力-应变行为和绝热剪切带生成机制的影响。试验结果表明,在高应变率条件下,随着温度的升高,绝热升温热软化作用增强,材料表现出较强的应变率增塑效应和一定程度的应变率增强效应。同时发现,材料在650～750℃表现出较强的绝热剪切敏感性,承载时间越长,剪切带长度越长。材料在750℃时,剪切带出现分叉,导致材料强度异常降低。随着环境温度的增加,剪切断口韧窝面积增大,韧窝数量增加,材料塑性增强。     

高速弹丸冲击诱发TC32钛合金中绝热剪切带的组织演化行为

采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr钛合金在高速弹丸冲击后的组织特征和演变行为。在弹坑周围,绝热剪切带(ASB)和剪切应力一直呈半圆状分布。观察到绝热剪切带中尺寸较大等轴晶粒和细长板条亚晶粒的旋转细化过程。采用聚焦离子束(FIB)技术准确地从ASB中的裂纹尖端取样制备TEM样品,在裂纹尖端区域周围发现非晶区、非晶-纳米晶过渡区域、细小纳米晶区共存。计算结果表明,绝热剪切带内温度升高可导致微观组织熔化,快速淬火后形成非晶区和细小的纳米晶。由于绝热剪切带中的显微组织是细小的等轴晶和非晶,具有较高的强度,使形变带与基体之间成为相对较弱的区域,绝热剪切带中的裂纹也主要在该区域萌生,裂纹通过微孔洞旋转联结的方式扩展。     

低温环境下2519A铝合金动态力学性能及组织演化

为研究低温下动态冲击对2519A铝合金流变应力和组织演化的影响,在低温下利用霍普金森压杆对2519A-T87态铝合金进行应变速率为1000~4200 s-1的动态冲击压缩实验,同时运用光学显微镜与透射电镜,对低温下的冲击微观组织进行观察和分析。结果表明:在低温环境下,绝热剪切带中心区域为亚晶组织,再结晶程度较低;同时,在形变带内出现长度较短、连续性较差的微裂纹,裂纹末端向基体扩展。随着冲击温度的降低,材料的屈服抗力迅速增加,出现绝热剪切带的临界应变速率随之降低。在中高应变速率下,长条状弥散相粒子发生不同程度的脆性断裂,从而引起流变应力的迅速提高。     

AZ31镁合金中绝热剪切带的组织演变规律

为了深入了解镁合金绝热剪切带与裂纹的关系,进而揭示镁合金在高速冲击载荷作用下局部变形绝热剪切的组织演变规律,采用分离式Hopkinson压杆对AZ31镁合金的帽状式样进行冲击压缩实验,而后利用光学显微镜,扫描电镜和维氏硬度计分别对冲击后的AZ31试样进行分析。结果表明,绝热剪切带形成于最大剪应力方向,随着冲击载荷的不断增加,沿着切应力方向上的微孔洞和微裂纹不断长大,直至彼此相互连接成裂纹,最终导致材料的断裂。经对剪切带及周围组织维氏硬度的测量发现,剪切带内细小晶粒区的硬度明显高于周围组织。     

β-Ti合金在高应变率下的绝热剪切现象

对高应变率下变形的β-钛合金,用光学显微镜和扫描电镜观察研究了其绝热剪切带的显微组织。表明随变形的增加,依次有三种类型的绝热剪切带,即:形变带,具有细条状微晶结构和具有等轴微晶结构的转变带。在大形变量时,均沿绝热剪切带出现裂纹。在讨论绝热剪切判据时区分绝热剪切变形,绝热剪切断裂和热塑失稳是重要的。     

ADIABATIC SHEARING PHENOMENON OF β-Ti ALLOY AT HIGH STRAIN RATE

对高应变率下变形的β-钛合金,用光学显微镜和扫描电镜观察研究了其绝热剪切带的显微组织。表明随变形的增加,依次有三种类型的绝热剪切带,即:形变带,具有细条状微晶结构和具有等轴微晶结构的转变带。在大形变量时,均沿绝热剪切带出现裂纹。在讨论绝热剪切判据时区分绝热剪切变形,绝热剪切断裂和热塑失稳是重要的。     

Ti-B19钛合金绝热剪切带研究

对Ti-B19钛合金φ13 mm×40 mm柱型弹丸打靶后的显微组织进行了研究.结果表明Ti-B19合金的基体组织为β相+均匀弥散的次生α相,高速冲击后组织中有条明显的"白亮带",即绝热剪切带(ASB).在ASB和基体的界面处,片状α沿ASB扩展方向产生弯曲变形,ASB内发生相变,形成细小(不超过0.1 mm)且呈等轴状的晶粒组织,这是ASB内动态再结晶的结果,ASB发展到一定程度形成微裂纹.可以说,绝热剪切带是材料高速率变形条件下损伤的原因、.     

Ti-B19钛合金绝热剪切带研究

对Ti-B19钛合金Φ13mm×40 mm柱型弹丸打靶后的显微组织进行了研究。结果表明:Ti-B19合金的基体组织为β相+均匀弥散的次生α相,高速冲击后组织中有条明显的“白亮带,”即绝热剪切带(ASB)。在ASB和基体的界面处,片状α沿ASB扩展方向产生弯曲变形,ASB内发生相变,形成细小(不超过0.1mm)且呈等轴状的晶粒组织,这是ASB内动态再结晶的结果,ASB发展到一定程度形成微裂纹。可以说,绝热剪切带是材料高速率变形条件下损伤的原因、。     

一种高强钛合金靶材的穿甲损伤行为

采用一种钛合金靶材进行穿甲侵彻实验,通过弹坑解剖分析钛合金靶板穿甲破坏形貌,研究了该高强度钛合金靶板的损伤行为。结果表明:开坑阶段,弹丸头部比较容易进入靶板内部,在靶板表面首先产生金属堆积,没有发生过热的金属熔化现象。弹丸进入稳定侵彻阶段,形成绝热剪切带。绝热剪切带形成后,和周围材料不协调,成为微裂纹和微孔洞的起源。在一定的条件下,裂纹沿绝热剪切带萌生、扩展,形成了沿整个绝热剪切带的大裂纹,最终在穿孔表面形成碎片,从靶板上脱离,造成靶板的破坏。     

高应变速率下45钢绝热剪切变形特征

基于退火、正火、调质三种不同热处理状态的45钢的帽型试样强迫剪切实验,在Hopkinson压杆的不同速率加载条件下,利用金相显微镜和扫描电镜测试方法研究了材料绝热剪切的变形特征和敏感性,分析了组织因素对绝热剪切的影响规律。结果表明,材料的组织不同,其绝热剪切变形的特征也不同。45钢正火态、调质态中均出现转变带,其余为形变带。随着加载速率和材料强度的提高,绝热剪切带由形变带变为转变带,剪切带宽度越窄,绝热剪切越敏感。     

Macro-Micro Fracture Mechanism of TA3 Alloy under High- Velocity Deformation

材料在高速成形过程中其成形性能和成形精度更能够得到显著的提高。但是,材料在高速成形过程中的断裂机制尚不清楚或未知。因此,采用 TA3 钛合金材料利用 Hopkinson 压杆实验并结合显微镜、扫描电镜和应力响应分析手段研究了该材料在动态变形过程中的断裂机制。结果表明,绝热剪切带是导致宏观裂纹的形成和扩展以及流动软化的根源;TA3 钛合金动态变形微观断裂机制为纺锤状孔洞在绝热剪切带内各自独立形核,然后各自长大从而相互贯通,形成微观裂纹;第二相粒子的偏聚是微观裂纹发生的源泉。     

Mg-Gd-Y系合金中绝热剪切带的特征

通过弹道冲击试验和高温Hopkinson Bar压缩试验研究了Mg-Gd-Y系合金的绝热剪切行为.利用光学显微镜对试验后试样的组织进行观察.结果发现,该合金在两种试验条件下形成两种绝热剪切带.弹道冲击过程中形成的剪切带在光学显微镜下呈白亮色,平均宽度约为10 μm,属于白亮带,带内组织的显微硬度明显高于周围基体.白亮带只能在稳定塑性侵彻阶段形成:整个高温Hopkinson Bar压缩过程中只在T=735 K时形成较明显的塑性变形带.远离绝热剪切带源点的裂纹的形成主要是由平行于剪切方向的孪晶引起的.     

Ti-6Al-4V合金复合装甲的抗侵彻性能及微观损伤机理

为研究复合装甲中Ti-6Al-4V（TC4）合金与碳化硅陶瓷和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的最佳组合形式,分析了2种复合结构SiC/UHMWPE/TC4（I）和SiC/TC4/UHMWPE（II）的抗侵彻性能和宏观损伤以及TC4合金的微观损伤。结果表明：复合结构Ⅰ中TC4合金的微观组织表现为弹孔边缘较为平滑,没有出现裂纹,绝热剪切带（ASB）数量较少,并且为直线传播;复合结构Ⅱ中TC4合金微观组织表现为弹孔边缘粗糙,存在裂纹,背部存在崩落损伤,ASB数量多,并且呈弯曲和分叉现象。TC4合金在复合结构Ⅱ中的侵彻过程分为开坑阶段、稳定侵彻阶段和穿孔阶段。复合结构Ⅱ中TC4合金的绝热剪切行为更为复杂,导致耗能更多。此外,复合结构Ⅱ中UHMWPE产生拉伸破坏也属于高耗能失效机制。因此,SiC/TC4/UHMWPE复合结构能够充分发挥TC4和UHMWPE的高耗能机制,抗侵彻性能好于复合结构Ⅰ。