钨合金杆式弹穿甲侵彻开坑阶段绝热剪切失效的数值模拟

为深入研究钨合金杆式弹芯在穿甲侵彻过程中的失效机制,利用LS-DYNA3D动力学软件对侵彻开坑阶段的塑性变形演化和绝热剪切失效进行数值模拟。侵彻开坑阶段,弹芯头部首先形成蘑菇头,随后在蘑菇头后端帽檐处和最前端鼻尖处分别形成绝热剪切失效;得到剪切带内的等效塑性应变、应力状态和温度变化等特征参量,并分析了剪切失效对弹芯侵彻性能的影响。侵彻开坑阶段虽然时间很短,弹芯的受力状态变化较快,蘑菇头最前端的绝热剪切失效可能造成弹芯侵彻的瞬间停滞而对侵彻性能起消极作用。     

穿甲靶板弹孔微观结构观察及侵彻过程分析

为研究穿甲侵彻机理,使用海37弹道炮,发射93W次口径穿甲弹,侵彻45靶板,采用扫描电镜和透射电镜研究弹孔周围微观结构特点.研究结果表明,绝大部分弹孔表面被溶化快凝物覆盖,其厚度约为10μm,其内未发现腐蚀组织.熔化物中含有钨的成分,说明在侵彻过程中产生的高压下,钨颗粒可以熔化.高速碰撞动能在侵彻瞬间可能使弹靶部分作用区域的温度超过钨的熔点.靶板材料在局部区域熔化和再结晶,破坏形式为延性扩孔破坏,观察弹孔周围未发现绝热剪切带.     

工业纯钛TA2剪切带中微观组织的演变

剪切变形局域化是结构材料经受冲击时的一种重要失效机制,为研究密排六方晶体结构金属材料的绝热剪切带形成条件与扩展规律,采用HOPKINSON压杆装置对精加工后的工业纯钛帽形样品进行高速冲击,利用扫描电镜和高分辨透射电镜研究了剪切带形貌和剪切带微观组织的演化过程.结果表明,工业纯钛TA2经高速冲击后,在帽形样品的韧带部位形成了明显的剪切带,剪切带组织由细小的再结晶晶粒组成,剪切带内没有相变发生,剪切带内的动态再结晶过程通过渐进式亚晶位相差再结晶机制完成.     

强迫剪切条件下Ti-6Al-4V合金的绝热剪切失效

采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)加载装置,分别用200 mm和150 mm打击杆以28 m/s速度对Ti-6Al-4V合金帽形试样进行强迫剪切实验,利用OM、SEM、TEM等手段分析了强迫剪切条件下Ti-6Al-4V合金的绝热剪切带演化特征和高应变率剪切变形条件下的失效模式。结果表明,在本文所述实验条件下,Ti-6Al-4V合金的绝热剪切带(ASB)表现为"白亮带";ASB的宽度随加载时间的延长而增加;ASB边缘的裂纹是由于ASB的变形与基体的不协调而产生的,ASB中心部位的裂纹是由于非晶形成而后破碎导致的。     

钛合金动态塑性变形过程中绝热剪切带的形成机理

材料在应变速率高于102 s-1时的塑性变形被称为动态塑性变形.区别于准静态塑性变形,动态塑性变形涉及的复杂的高度局域化变形机制对材料的性能与寿命具有显著影响.绝热剪切带作为材料动态塑性变形过程中产生的特殊的变形结构,它对材料性能的影响引起了人们的高度关注.钛合金具有优良的力学性能,被用作结构材料,广泛应用于诸多行业,由于应用面广,钛合金会经常面临动态载荷产生绝热剪切带而失效,从而缩短使用寿命.因此,研究钛合金中绝热剪切带的形成机制对延长钛合金的使用寿命,改善钛合金的力学性能具有重要意义.然而,由于动态塑性变形的瞬时性、内部应力的复杂性等,还原绝热剪切带的形成过程具有相当大的难度.同时,钛合金结构的复杂性、变形过程中相的不稳定性等因素均提高了观察其内部绝热剪切带的难度.通过大量的实验观察与模拟计算,目前较为普遍的观点为钛合金中绝热剪切带的形成机制为动态再结晶.而动态再结晶的过程目前有四种主流的观点,分别是传统动态再结晶、连续动态再结晶、孪生动态再结晶与相变诱发动态再结晶.针对不同的动态再结晶方式,研究者们建立了基本的变形模型与理论依据,并找到了一定的实验证据.本文通过总结近年来学者们对钛及钛合金动态塑性变形行为研究的典型成果,重点介绍了绝热剪切带的形貌与性能及其形成的不同机制.同时对钛合金中绝热剪切带的几种不同的形成机制及其研究中存在的问题进行了分析讨论,旨在为未来的研究探索提供有用的参考.     

时效处理对NiW750高密度合金组织与性能的影响

基于面心立方结构及细小弥散强化相原理,本文设计了一种新型高密度合金NiW750.将NiW750合金经不同温度时效处理后,测试其准静态力学性能,并用分离式Hopkinson压杆实验(SHPB)测试材料在动态加载条件下的性能,利用SEM、TEM对微观组织进行观察,同时测试组织的显微硬度.结果表明:在650～900℃范围内,随着时效温度的升高,合金的强度先升高,而后降低,韧性变化则相反.在750℃时效后其性能具有最佳配合.在动态加载条件下,合金存在应变率硬化效应,材料发生协同变形,试样内部形成绝热剪切带;而750℃时效后合金硬度升高,变形带周围应力更集中,在应变率为6 800 s~(-1)下试样出现断裂.     

TC4和DT4合金的绝热剪切行为

采用分离式Hopkinson压杆装置对TC4钛合金和DT4电磁纯铁的帽形试样进行动态冲击实验,以研究两种材料高应变率下的绝热剪切行为,并分析材料热物理性能和力学性能对其绝热剪切敏感性的影响。实验所得流变应力-时间的关系曲线以及微观的金相分析都表明:尽管两种材料都发生了绝热剪切失效,但是TC4材料中的绝热剪切过程比较短暂,在失稳后的几个微秒之内材料就丧失了承载能力,并且带旁基体无明显塑性流变;而DT4材料中绝热剪切带的形成和扩展过程却要经历约60μs的时间,而带旁边的基体材料沿剪切方向发生了明显的塑性流变。通过对比两种材料绝热剪切带的扩展能,揭示了材料的比热、热导率和动态强度等参数对绝热剪切过程的影响。     

变形条件对2519A铝合金动态力学性能与组织演化的影响

为研究温度与应变率对2519A铝合金动态力学行为及组织演化的影响,采用霍普金森压杆对2519A铝合金进行了不同温度(-90~350℃)、不同应变率下的动态冲击压缩实验,分析了该合金的动态力学性能,并结合金相显微镜与透射电镜对合金在冲击变形后的微观组织进行分析。结果表明:在250~350℃的高温环境冲击下,合金的流变应力迅速下降,组织以形变带为主,同时组织内伴随有明显的动态回复和动态再结晶。在20~150℃的环境中进行动态冲击,合金变形时组织出现了典型的绝热剪切带特征。在室温、应变率达到8200s-1时,应变率强化效果发生转变。随着温度降至-90℃,在绝热剪切带内的组织出现了长度较短、连续性差的微裂纹,同时组织内的长条状第二相粒子发生不同程度的脆性断裂。     

激光立体成形TC4钛合金的力学特性与破坏机理

对激光立体成形TC4钛合金在较宽温度(173～1173K)和应变率(0.001～10~5s~(-1))范围内,分别进行压缩、拉伸和剪切试验。结果表明:该合金无明显的力学各向异性;静态和动态加载时均存在明显的拉伸-压缩力学不对称性;其强度低于锻造和挤压成形TC4钛合金。微观分析表明:动态压缩和剪切加载时该合金易出现绝热剪切变形,但试验温度的升高会抑制绝热剪切带的产生;静态拉伸时断口为含韧窝和准解理台阶的混合性形貌,而动态拉伸时则有韧窝而没有解理台阶。动态压缩断裂机理是剪切带内形成空位和裂纹,裂纹沿α/β界面扩展形成断面。     

粒子非垂直入射对冷喷涂涂层形成的影响分析

当高速粒子喷涂复杂曲面部件时,绝大部分粒子与部件表面将呈一定角度侵切,非垂直入射粒子对涂层形成及特性将产生重要影响.采用有限元数值计算方法,研究冷喷涂材料改性过程中铜粒子与铜基体非垂直碰撞的变形行为.针对单个粒子以相同入射速度不同入射角度的碰撞条件,探讨粒子与基体的结合强度、侵彻深度以及绝热剪切失稳的发生条件.结果表明:有角度碰撞相对于理想垂直碰撞,冷喷涂沉积效果的情况是恶化的,随着入射角度的增大,粒子侵彻深度逐渐减少,粒子与基体的结合强度也逐渐减弱,甚至不会嵌入基体而发生脱离.发生绝热剪切失稳的条件是入射速度的法向分量大于碰撞过程的临界速度.