中碳Ni-Cr-Mo钢中绝热剪切带的形成及其特征

为进一步了解绝热剪切带的形成及特征,对高速冲击后的中碳Ni-Cr-Mo钢进行金相组织、显微硬度检验及透射电镜观察和分析。结果表明:绝热剪切带的产生通常伴随着明显的组织变形,继续发展就会产生裂纹。绝热剪切带发生相变硬化,而变形区则只发生由变形引起的加工硬化,绝热剪切带的硬度远高于变形区及基体的硬度。另外绝热剪切带为淬火马氏体组织,其位错密度明显高于基体。     

钢中绝热剪切带的动态损伤演化

采用大能量高速材料试验机冲击帽形试样的实验方法,研究了高速冲击条件下钢中绝热剪切带的损伤演化机制。试验结果表明,绝热剪切带的形成并不意味着剪切断裂的发生和宏观裂纹的形成。导致剪切带损伤的微观方式主要包括:基体接触区界面上的微裂纹、带内平直微裂纹、剪切带内与带成一定角度的微裂纹和孔洞。在这些微损伤方式的形核、长大过程中,绝热剪切带逐步损伤,宏观裂纹逐步形成。     

落锤冲击加载下炸药基体内不同粒度AP颗粒破碎特征

为研究炸药基体内不同粒度高氯酸铵(AP)颗粒在落锤冲击加载下的破碎特征,用中粒径为6~8,130,300μm的AP制备了三种AP/HTPB样品,用落锤冲击加载损毁样品。回收冲击试验后样品,用扫描电镜(SEM)研究AP颗粒的破碎特征。分析炸药基体内不同粒度AP颗粒在落锤冲击加载下的破碎特征。结果表明,冲击加载后,三种样品内的AP颗粒均发生脆性破裂,部分晶体上清晰可见剪切带现象,且粒度越大颗粒破碎越严重。破碎后AP颗粒尺寸均在10~100μm,最小颗粒小于10μm。结合材料剪切理论、AP颗粒破碎特征和破碎尺度,可推断:在落锤冲击下AP颗粒由于样品内部的剪切作用发生脆性断裂,且AP颗粒破碎尺度特征与材料剪切现象中的剪切带尺寸特征相类似。     

高速冲击下A1-5.9CU合金的微观形变组织研究

Al-5. 9Cu合金经过495 m/s穿甲燃烧弹侵彻后,弹坑底部呈现锯齿状,形成了两种形变带,一种与滑移带有相似的形貌,另一种与晶体的流态变形方向平行,弹坑侧壁形成剪切带以及撕裂性形变带。在809 m/s穿甲燃烧弹的冲击条件下,形成了螺旋状和涡流状的剪切带。两种冲击速度下,弹坑周围都形成了大量的微带。分析认为,在高速冲击压力下,产生了局部应力集中,位错的极化,中部位错的湮灭,以及形成了二次位错,最终形成微带组织。     

动态加载条件下冷轧5A06铝合金显微组织研究

以80%冷变形5A06铝合金为试验材料,利用分离式Hopkinson压杆加载装置(SHPB)进行动态冲击压缩试验,探讨高速形变响应规律,分析其动态力学行为;利用透射电子显微镜技术观察位错界面结构的变化,分析位错界面的高速形变响应。结果表明:预变形5A06铝合金在塑性变形前已发生绝热剪切行为,致使合金强度下降;初始位错界面成为高速形变过程中位错滑移的主要障碍;冲击前后,位错界面结构方向由与轧向平行演变为与轧向呈10°~20°夹角,位错界面间距由0.25μm演变为0.10~0.15μm。     

绝热剪切带内微孔洞演化规律研究

为深入了解绝热剪切带内微孔洞的演化规律,进而揭示高应变率加载条件下绝热剪切破坏的特殊规律,本文对D35钢进行了约束爆破实验,爆破后回收圆筒的微观观察表明,绝热剪切破坏要经过绝热剪切带内微孔洞形核、长大和相互联接形成裂纹等一系列演化过程.在Guduru P等人的测试结果和Li Shaofan等人数值仿真结果基础上,通过简化(剪切带内的温度分布为由剪切带中心向边缘线性降低,并最终降至与基体温度相同; 微孔洞的形核、长大受温度控制,长大速度随温度呈指数规律降低)对Timothy S P和Hutchings I M的模型进行了修正,修正后的模型可以定量的描述绝热剪切带内微孔洞的演化直至破坏的全过程,模型的描述与微观分析获得的实验结果有较好的一致性.     

Zr_(38)Ti_(17)Cu_(10.5)Co_(12)Be_(22.5)大块非晶合金动态剪切行为研究

利用分离式Hopkinson压杆实验装置(SHPB)研究Zr_(38)Ti_(17)Cu_(10.5)Co_(12)Be_(22.5)大块非晶合金的室温动态压缩断裂行为,应变率控制在～102s-1。该大块非晶在动态压缩条件下表现出完全弹性变形,在断裂之前没有明显的塑性变形。试样沿与加载方向成～42°的方向剪切断裂,剪切面非常粗糙。利用扫描电子显微镜(SEM)研究剪切带的形核和扩展。高倍下在剪切面上观察到明显的微剪切带和微裂纹,表明在动态加载条件下,剪切带形核之后立即促发形成微剪切带或者微裂纹。此外,在剪切面观察到的熔融带表明在动态断裂过程中,绝热也起到了很重要的作用。     

工业纯铁爆炸冲击波增塑效应研究

用透射电镜对冲击波加载的工业纯铁塑性机制进行了研究.结果表明其变形机制不同于准静态加载,塑性变形过程中冲击波绝热温升和亚结构的不稳定性使位错不断进行重新排列,应变较大时塑性变形功也会引起绝热温升,致使其亚结构已接近热加工动态回复组织,这种复杂的效应使塑性变形能力增强,结果使工业纯铁宏观塑性变形较大.     

平板冲击绝热剪切实验的数值模拟研究

采用Ansys/Lsdyna数值模拟45钢平板冲击绝热剪切变形局域化行为,计算中采用3D模型,本构方程采用热粘塑性的Johnson-Cook模型。为了更好地获得局域化变形的结果。采用网格渐变的方法分析绝热剪切带的萌生和扩展方向。计算结果表明:在一定的冲击速度下,绝热剪切带出现在预制裂纹尖端并与预制裂纹成75°;绝热剪切带产生的临界速度为50 m/s;剪切带的扩展方向为与预制裂纹方向成-10°。     

应变和应变率对绝热剪切敏感性的影响

利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB),对不同形状的铝合金、铜合金、45钢、82钢和钛合金进行动态冲击试验,通过扫描电镜观察绝热剪切带的微观形貌,从理论和实验中分析应变和应变率对绝热剪切过程的影响。研究表明,只有当材料具有一定大的应变量、足够高的应变率时,才会出现绝热剪切带。     

高应变率下工业纯钛TA2变形与失效研究

利用Hopkinson杆,采用动态压缩实验研究帽形样品的工业纯钛在高应变率(10~3 s~(-1))下的变形与失效机制。从时间-剪应力曲线分析材料的剪切变化规律。结果表明:轧制变形后的试样,它的绝热剪切敏感性明显变强;而在轧制变形量相同的情况下,从材料厚度方向上取的试样,其绝热剪切敏感性比其它方向强。通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析其显微组织的变化规律。结果表明:试样的受剪部位均可观察到明显的绝热剪切带。绝热剪切带是材料宏观失效的先兆,带内晶粒细小,为等轴晶,发生了再结晶,带中的微裂纹、微空洞的形成最终导致材料失效。     

穿甲侵彻过程中靶板内绝热剪切带特性及形成原因分析

发射小口径脱壳穿甲弹,对30CrMnMo钢装甲靶板产生的绝热剪切带特性及形成原因进行了分析。结果表明：在开坑和冲塞阶段,不产生绝热剪切带;在稳定的侵彻阶段,可达到绝热剪切带需要的应变量,从而产生绝热剪切带,并呈稀疏状分布,与侵彻方向大约成45°夹角。在本试验条件下,产生绝热剪切带的临界剪应变大约为0.47,临界温度大约为391℃．产生绝热剪切带后,在剪切带内变形增大且不均匀,将产生应力应变集中,和周围材料变形不协调,在随后的冷却过程中易产生裂纹。     

内部爆炸载荷作用下钛合金圆管损伤,断裂实验研究

对钛合金圆管进行了内部爆炸加载实验,用高速分幅摄影记录了其动态变形、断裂过程,对回收破片在光学显微下进行了观察,探讨了钛合金管在动载荷作用下的变形、损伤和破坏机理,实验结果表明;钛合金圆管表现为绝热剪切破坏。     

分离式霍普金森压杆加载下不同组织Ti-6321钛合金的动态响应行为

通过固溶处理获得不同组织的Ti-6321钛合金,研究组织对材料动态响应行为的影响。采用万能试验机和分离式霍普金森压杆实验装置,结合光学显微镜和扫描电子显微镜等表征方法,对加载后的钛合金试样微观组织演化进行观察分析。结果表明：等轴、双态和魏氏组织材料均具有明显的应变率强化效应,临界剪切断裂应变率为3 000 s^-1,双态组织具有较好的静态、动态强塑性匹配,魏氏组织较差,等轴组织具有较高的临界剪切应变和冲击吸收功,分别为0.252和307 MJ/m³;应变率3 000 s^-1下,等轴组织的应变率敏感因子随应变的增加逐渐增大,魏氏组织相反,双态组织基本不变;应变为5%时,等轴和双态组织的应变率敏感因子随应变率的增加而增大,魏氏组织基本不变;3种组织均发生绝热剪切失效,等轴组织绝热剪切敏感性较低,魏氏组织绝热剪切敏感性较高。     

氟聚物基活性材料动态压剪实验研究

针对典型聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)(质量分数73.5%/26.5%)氟聚物基活性材料,开展不同应变率、不同温度下的准静态、动态压缩实验;基于不同预设剪切带宽度的帽状试样,开展不同应变率下的动态压剪实验。准静态(应变率10^-3 s^-1)及不同应变率(3×10³～7×10³ s^-1)、不同温度(20℃,100℃,150℃,200℃)条件下的动态压缩实验表明,PTFE/Al活性材料是一种典型的弹塑性材料,具有显著应变硬化、应变率强化和热软化效应。不同宽度(500μm, 300μm, 100μm)预设剪切带帽状试样动态压剪实验表明,剪切带宽度不同导致的局部温升和热效应对材料动态压剪力学响应及材料参数影响显著。     

TA2钛合金动态压缩试样中的绝热剪切破坏研究

绝热剪切是金属材料高速变形破坏的重要形式之一,利用分离式霍普金森压杆（SHPB）技术对TA2钛合金的动态力学性能及绝热剪切破坏特性进行研究,实验得到了TA2钛合金动态应力-应变关系。对试样的绝热剪切带形成及发展进行了微观金相观察,结果显示：TA2钛合金动态压缩试样中产生的绝热剪切带呈对称的双圆锥形特征。进一步利用有限元方法对试样动态压缩及变形局域化过程进行了有限元数值分析,模拟结果与实验吻合较好。数值分析结果表明压缩试样表面摩擦对试样中绝热剪切带的形成与破坏特征有着重要影响。     

低合金钢靶板受尖头弹冲击的变形与断裂

研究了低合金钢板在尖头弹冲击条件下的侵彻过程,讨论了应力条件和材料冶金质量对损伤和断裂的影响。结果表明,在侵彻过程前期靶材主要表现为三向压应力下的塑性流动;中期,靶材挤压流动,靶材内部的流速差造成剪切变形,并导致沿轧制偏析带的开裂;后期,靶材在剧烈剪切作用下剪切变形、局部失稳、形成剪切带和沿剪切带的开裂或撕裂。断裂按微孔聚集型机制进行。通常所谓花瓣型开裂实质上就是上述在切应力作用下的剪切撕裂。