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。     

穿甲试验靶板中绝热剪切带特征及与裂纹的关系

采用14.5mm弹道枪发射7.6mm次口径93W穿甲弹,对603钢进行穿甲侵彻试验。结果表明:在一定的条件下,绝热剪切带交叉分布,剪切带内变形极大且不均匀,成为微裂纹和微孔洞的起源,这些微裂纹和微孔洞相互连接,导致裂纹沿绝热剪切带萌生、扩展,最终形成沿整个绝热剪切带的大裂纹,使部分穿孔表面形成碎片,造成靶板的损伤,降低靶板的力学性能,是靶板破坏的先兆;但绝热剪切带与裂纹并不完全等同,有些剪切带由于变形量不大,不产生裂纹。     

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。     

硅锰装甲钢破甲弹坑损伤与微观结构关系的研究

利用ＳＥＭ和光学金相研究了４３лＣＭ钢破甲弹坑内损伤与材料微观结构之间的关系。认为，损伤主要发生在：（１）绝热剪切带上，损伤的形式多为孔洞和微裂纹，孔洞的分布和形貌表明，它是在绝热剪切的“高温”状态下，通过快速形核、长大而形成的；（２）靶板的轧制偏析带和夹杂物处，损伤的形式以微裂纹为主，这些微裂纹常通过剪切带聚合成梯形波裂纹。     

硅锰装甲钢破甲弹损伤与微观结构关系的研究

利用ＳＥＭ和光学会相研究了４３ПＣＭ钢破甲弹坑内损伤与材料微观结构之间的关系。认为，损伤主要发生在：（１）绝热剪切带上，损伤的形成多为孔洞和微裂纹，孔洞的分布和形貌表明，它是在绝热剪切的“高温”状态下，通过快速形核、长大而形成的；（２）靶板的轧制偏析带和夹杂物处，损伤的形式以微裂纹为主，这些微裂纹常通过剪切聚合成梯形波裂纹。     

深凹露天爆破震动速度衰减规律实验研究

传统的萨夫斯基公式确定深凹露天爆破振动速度衰减规律时具有很大的误差。提出了一个考虑了药量、爆心距、高程效应、自由面等因素的修正公式模型。现场的实验表明;该修正公式比萨夫斯基公式更好的描述深凹露天爆破振动速度衰减规律;通过合理孔网参数优化也可降低爆破振动速度。     

钢的强导比与绝热剪切敏感性关系的研究

提出用钢的强度与热导率的比值(强导比)来表征钢的绝热剪切敏感性。通过对若干钢约束爆炸圆管试验结果的分析表明:随强导比的降低,钢在一定爆轰条件下的绝热剪切敏感性增加,表现为剪切带密度下降,同时相变带过渡到形变带;对应一定的爆轰条件,强导比有两个临界值,如果强导比值低于较小的临界值,材料将不以绝热剪切方式(集中的剪切变形)破坏;较大的临界值决定材料绝热剪切变形的方式,当材料的强导比低于它时材料以形成形变带的形式失效,反之则以"白亮带"形式破坏。     

三元合金沉淀过程动力学计算模型研究

介绍了一种先进的三元合金沉淀动力学模型 ,该模型基于微观扩散方程建立 ,在倒易空间中求解问题。无须预先设定新相结构和沉淀类型 ,可基于原子层面模拟有序化 ,成分簇聚等过程 ;可同时获得多相结构各自的演化信息 ;既可描述形核长大机制 ,又可描述失稳分解机制 ;自动将粗化作为伴随过程处理。利用该模型已对实际三元合金的沉淀动力学成功地进行了模拟研究     

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。     

贝氏体钢和35CrMnSi空心弹体侵彻金属靶板的比较研究

本文对贝氏体钢和35CrMnSi弹体以不同速度侵彻金属靶板的结果进行了宏观和细观对比实验研究，以揭示弹体的变形、质量侵蚀和微观组织的联系，尤其是与绝热剪切带之间的关系。研究发现，弹体头部均发生不同程度的镦粗变形或质量侵蚀，并有绝热剪切现象，剪切带的形貌和分布在很大程度上决定了弹体的宏观变形和破坏。贝钢的剪切转变带中较多微孔洞，其断口为平坦脆性断口；35CrMnSi的剪切带中较多微裂纹，断口平坦面比贝钢小，并有撕裂现象。剪切转变带的显微硬度均高于基体组织。两种材料的弹体经较低速度侵彻后，亦可观察到少量的形变带和转变带。本文的研究为贝氏体钢在穿甲弹体上的应用提供了理论与实验数据。     

低合金超高强度钢的绝热剪切带分析研究

测量了中碳Cr-Ni-Mo-V系低合金超高强度钢中绝热剪切带(ASB)及其周围金属的显微硬度,观察了其微观组织。结果表明:绝热剪切带的硬度远高于基体的硬度,达700～830HV0.05,为多孔状的非晶组织;紧靠ASB的是窄的过渡带,为重新生成的细小的马氏体组织;外层则是宽约20μm的软化带,为较高温度下的回火马氏体组织,其硬度低于基体。     

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°。     

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。     

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。     

空心侵彻弹侵彻金属靶板的细观损伤行为研究

本文研究了三种钢制截卵形空心侵彻弹侵彻45#钢板的细观损伤机制.靶道试验后对侵彻弹的细观观察结果表明:当侵彻弹以较低速度撞击靶板并保持弹体结构的完整时(发生小变形),其主要细观损伤控制机制为微孔洞机制;当侵彻弹以较高速度撞击靶板,在弹体头部或头部与弹身交接处发生大变形或断裂破坏时,绝热剪切损伤机制为其细观损伤机制.材料的绝热剪切敏感性是侵彻弹毁伤威力和变形破坏的主要细观控制参量.透射电镜(TEM)观察发现绝热剪切带为转变带,带内发生了动态再结晶转变.     

基于等径通道挤压法的超细晶铜动态剪切变形行为实验研究

采用等径通道挤压（ECAP）法制备了超细晶铜,分析其微结构的热稳定性及其对材料动态力学性能的影响。利用Hopkinson压杆及MTS液压伺服实验机对ECAP超细晶铜和原始铜帽型剪切试样进行应变控制加载,结合图像数字相关法及“冻结”回收试样的微观和X射线衍射分析,对其动态剪切变形行为及微观组织演化开展研究。结果表明：ECAP后的超细晶铜在准静态剪切下具有应变硬化特征,但在高应变率下剪切应力-剪切应变曲线呈软化特征;高加载率下产生动态再结晶的绝热剪切带是导致应变硬化率为负的原因;按塑性功计算的超细晶铜再结晶温度仅为325 K,因此超细晶铜在高应变率下易发生绝热剪切失稳变形现象。     

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。     

超高强度钢G31的动态力学性能及断裂阈值

为了研究超高强度钢G31的动态力学性能,通过对G31钢进行动、静态力学性能实验,得到G31钢的动、静态力学性能,并由实验数据拟合得到了G31钢的本构方程。通过金相显微镜观察了实验前后试样的金相图。结果表明:在动态压缩条件下,G31的力学行为表现为变形初期的应变强化阶段和变形后期的温度软化阶段; 在变形后期实验曲线与拟合本构方程曲线有较大差异。仿真对比分析结果证实,变形温升是造成该差异的主要原因。观察金相图发现,材料在较高应变率下发生绝热剪切断裂,并由相关理论计算得到了试件的绝热剪切断裂阈值范围。