应变速率对锆合金塑性变形机制的影响

通过控制应变水平,采用热模拟准静态压缩和霍普金森压杆高应变速率压缩相结合的技术,实现了锆合金不同应变速率条件下的塑性变形。结果表明:锆合金准静态压缩和高应变速率压缩的主要区别在于变形后期。准静态压缩时,位错在晶粒内部塞积成为锆合金塑性变形的主要方式,导致基体晶粒内部累积取向差逐渐增加;而高应变速率压缩时,剪切带成为锆合金塑性变形的主要方式。剪切带塑性变形方式的出现,部分协调了锆合金的塑性变形,导致基体晶粒内部累积取向差较低。     

应变水平对锆合金动载下塑性变形机制的影响

基于实验设计研究了应变参数对锆合金动载下塑性变形机制的影响。通过控制应变速率,采用应变限位环的方法实现了锆合金高应变速率下应变参数的单一分离,应变速率为2300 s~(-1)时,获得了4个不同的应变水平:0.11、0.21、0.30、0.33。基于锆合金高应变速率不同应变下微观组织的表征,预测了应变参数对锆合金动载下塑性变形过程的影响。结果表明:形变带和转变带是锆合金不同应变阶段塑性变形的重要方式,形变带内部由严重变形的晶粒组成,而转变带内部主要由100~300 nm的细小等轴晶粒组成。在变形初始阶段,锆合金变形以柱面滑移和锥面滑移为主,以孪生为辅;随着应变的增加,位错持续增殖,位错的塞积导致应力增加,直至最大抗压强度;当应变达到一个临界值时,形成形变带;随应变继续增加,形变带发生动态再结晶,演化为转变带;应变继续增加,便会在剪切带内部诱发微空洞、微裂纹,直至材料断裂。     

不同原始组织TC6钛合金高温变形微结构演化及其力学性能

采用gleeble-1500热模拟试验机和Hopkinson压杆,对具有4种典型组织的TC6钛合金分别进行了高温准静态压缩和室温动态压缩试验,结合TEM观察,研究了不同原始组织的TC6钛合金高温变形微结构演化及其力学性能。结果表明:具有4种典型组织的TC6钛合金高温变形时随温度升高微结构的演化可分为等轴型组织演化和网篮型组织演化,前者演化过程为:等轴α相的拉长变形—动态再结晶—动态再结晶晶粒长大—α/β相变;后者演化过程为:板条状α相弯曲变形—板条状α相断裂—动态再结晶—动态再结晶晶粒长大—α/β相变,板条状α相变成短棒状。位错活动及动态再结晶是控制4种组织的TC6合金在高温变形过程中组织演化和力学性能的重要因素;网篮组织晶界众多,位错运动障碍较多,在高温下具有较其余3种组织更高的流变应力;等轴组织α相晶粒较大,位错运动障碍较少,其流变应力在4种组织中最低;双态组织、固溶时效组织的流变应力介于等轴组织与网篮组织之间。4种组织的TC6钛合金的室温动态力学性能均对应变率较敏感。4种组织的TC6钛合金在室温及应变率为2500～4000s-1动态压缩条件下,塑性由大到小依次为:等轴组织、双态组织、固溶时效组织和网篮组织,流变应力由大到小依次为:固溶时效组织、双态组织、网篮组织和等轴组织。     

细晶93W-4.9Ni-2.1Fe合金动态压缩下绝热剪切带的形成及其特征

利用分离式Hopkinson动态压缩装置对添加0.03%Y2O3(质量分数, 下同)的细晶93W-4.9Ni-2.1Fe合金试样进行动态力学性能测试,观察分析了动态压缩后合金试样的显微组织。结果表明：在应变速率为1900 s-1下,合金沿着与冲击方向成45o的方向形成了明显的绝热剪切带,宽度10~25 μm。说明该合金对局部绝热剪切的敏感性大大提高且能在相对较低的应变速率下发生绝热剪切。同时位于剪切带中心区域的钨颗粒沿着其扩展方向被剧烈拉长成纤维状,表现出塑性流动局域失稳的特征     

粉末烧结钨合金材料的绝热剪切变形局域化实验研究

在分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆装置上对斜圆柱粉末烧结钨合金试件进行了冲击实验,实验中观察到试件的宏观破断现象;用光学和扫描电子显微镜观察到钨合金中出现绝热剪切带这一变形局域化现象。实验结果表明,钨颗粒的形状和空间取向对钨合金剪切变形形式有明显的影响。     

钨丝增强铜基复合材料的动态力学性能及断裂特性

通过渗流铸造的方法制备出Wf/Cu82Al10Fe4Ni4复合材料,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)和扫描电镜(SEM)研究其动态压缩行为及断裂特性。结果表明:复合材料界面结合紧密,受冲击时体现出良好的界面结合强度;在应变率为2000s-1下动态压缩材料发生部分塑性变形,局部表面出现裂纹;在应变率为3000s-1下动态压缩材料的动态压缩强度达到2500MPa,材料内部出现钨丝劈裂、钨丝弯曲断裂以及基体合金断裂3种破坏模式。同时,在材料的断裂面上出现大量熔化带,分析认为熔化是随着应变率的提高而出现的,它改变了复合材料的断裂方式,加速了Wf/Cu82Al10Fe4Ni4复合材料的整体失效。     

Low cycle fatigue properties and cyclic deformation behavior of as-extruded AZ31 magnesium alloy

The low cycle fatigue(LCF)properties of as-extruded AZ31 Mg alloy were investigated under total strain amplitudes in the range of 0.4%-1.2%with strain rate of 1×10- 2s -1.Due to the twinning effect in compression during loading and the detwinning effect during unloading,the alloy showed an asymmetric hysteresis loop.The cyclic stress response exhibited cyclic hardening at high total strain amplitudes.The cyclic deformation behaviors were discussed using the Coffin-Manson plot,which divided the plastic strain amplitudes into the tension side and the compression side.Through the LCF tests that were started from either tension or compression under a total strain amplitude of 1.0%,the interaction between the twinning effect and dislocation was analyzed.The twinning effect during the LCF test and the variation of the dislocation density were investigated using optical microscopy and transmission electron microscopy,respectively.     

动态载荷下Al—Li合金剪切变形局部化

采用Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆装置,对４种时效处理的Ａｌ－Ｌｉ合金在冲击压缩试验时变形局部化产生的力学条件和微结构进行了研究,结果指出,４种处理的合金均产生两种类型的剪切带即形变剪切带和白剪切带,它们是在局部化过程中不同形变阶段下形的。两者无本质上的差别。白色剪切带内未发生相变。大应变和高应变率是产生力剪切带的必要条件,即材料在一定的高应变率下形变到一定程度时才能形成剪切带,电镜研究表明,剪切带内无畸     

冲击载荷作用下钨合金材料绝热剪切带形成机理

对钨合金材料在受冲击载荷作用下绝热剪切带形成机理进行了研究,重点考察了受力条件的影响,用分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆装置对阶梯圆柱形、哑铃形和直圆柱形钨合金试件进行了冲击加载,利用光学显微镜对冲击后的试件进行了显微组织观察。用ＡＢＡＱＵＳ大型数值分析软件对试件进行有限元分析,材料模型采用热粘塑性形式的Ｊｏｈｓｎｏｎ－Ｃｏｏｋ模型,实验和数值计算结果表明：受力条件对钨合金材料的变形、损伤（微型纹和绝     

高应变率下细晶W-Ni-Fe合金的力学行为与局部绝热剪切带的形成

研究晶粒细化和添加微量稀土元素Y对93W-4.9Ni-2.1Fe合金在动态压缩状态下力学行为的影响,观察分析显微组织的变化.结果表明,93W-4.9Ni-2.1Fe合金在高应变率加载下会出现应变硬化和热软化现象,合金强度和延性随着应变率的增大而增加;与传统W-Ni-Fe合金相比,细晶W-Ni-Fe合金在高应变率下具有更高的合金强度和延性,同时能在较低应变率下形成明显的局部绝热剪切带.表明细化晶粒能提高W-Ni-Fe合金的强度以及绝热剪切敏感性;另外,添加微量稀土元素Y能提高W-Ni-Fe合金在高应变率下的强度和延性,并且在低应变率下发生绝热剪切,稀土元素Y的添加有利于绝热剪切带的形成.     

铸态镍钛形状记忆合金压缩变形行为及组织演变(英文)

通过真空自耗电极电弧熔炼法制备等原子比镍钛形状记忆合金铸锭。应用差示扫描量热分析、X射线衍射分析、能谱分析和显微分析等技术研究铸态镍钛形状记忆合金在不同温度和不同应变速率压缩加载下的组织演变和变形行为。铸态镍钛形状记忆合金的显微组织由树枝晶和等轴晶组成,成分不均匀,存在偏析。在室温下,铸态镍钛形状记忆合金是B19′马氏体、B2奥氏体和Ti2Ni的混合物。铸态镍钛形状记忆合金在高温压缩变形下对应变速率敏感,铸态镍钛形状记忆合金在0.1s-1和0.01s-1应变速率下具有动态再结晶的特征,而在0.001s-1应变速率下则表现出动态回复的特征。在室温和-100°C时,应变速率对铸态镍钛形状记忆合金的显微组织和真实应力应变曲线影响不大。     

Ti—55合金中的热塑剪切带

研究了三种不同处理的Ｔｉ－５５合金在Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆上高速冲击变形时产生的热塑剪切带。结果表明,三种不同处理的合金试样在不同应变率下出现两类型剪切带：形变剪切带和“白色”剪切带,它们是在不同应变阶段下形成的,对应“白色”剪切带有一应变突变。ＴＥＭ观察未发现“白色”剪切的内发生相变。孪生是该合金动态冲击时变形的重要方式。     

90W-7Ni-3Fe合金拉伸力学行为的应变率效应

采用CMT4105拉伸试验机对烧结态90W-7Ni-3Fe(90W)合金进行准静态拉伸试验;在较高应变率条件(1600~2000s-1)下,采用套筒加载直拉式Hopkinson拉杆对90W合金进行动态拉伸试验,研究90W合金在不同加载应变率下的拉伸性能及破坏机制。结果表明,在拉伸加载条件下,90W合金具有明显的应变率效应,随着应变率的增加,强度显著提高,材料断裂时的真实应变下降,断裂前吸收的总能量下降。90W合金的破坏机制由钨-钨界面开裂向钨颗粒解理断裂转变。     

The Effects of Specimen Geometry on the Plastic Deformation of AA 2219-T8 Aluminum Alloy Under Dynamic Impact Loading

The effects of specimen geometry on shear strain localization in AA 2219-T8 aluminum alloy under dynamic impact loading were investigated. The alloy was machined into cylindrical, cuboidal and conical (frustum) test specimens. Both deformed and transformed adiabatic shear bands developed in the alloy during the impact loading. The critical strain rate for formation of the deformed band was determined to be 2500 s^?1 irrespective of the specimen geometry. The critical strain rate required for formation of transformed band is higher than 3000 s^?1 depending on the specimen geometry. The critical strain rate for formation of transformed bands is lowest (3000 s^?1) in the Ø5 mm × 5 mm cylindrical specimens and highest (> 6000 s^?1) in the conical specimens. The cylindrical specimens showed the greatest tendency to form transformed bands, whereas the conical specimen showed the least tendency. The shape of the shear bands on the impacted plane was also observed to be dependent on the specimen geometry. Whereas the shear bands on the compression plane of the conical specimens formed elongated cycles, two elliptical shaped shear bands facing each other were observed on the cylindrical specimens. Two parallel shear bands were observed on the compression planes of the cuboidal specimens. The dynamic stress–strain curves vary slightly with the specimen geometry. The cuboidal specimens exhibit higher tendency for strain hardening and higher maximum flow stress than the other specimens. The microstructure evolution leading to the formation of transformed bands is also discussed in this paper.     

U-Ti合金的动态压缩性能及剪切特征

采用分段式霍普金森杆(SHPB)及材料试验机测试200 ℃时效4 h的U-Ti合金在室温下的动静态压缩力学性能,采用扫描电镜和金相显微镜分析U-Ti合金动态压缩后的绝热剪切特征.结果表明,U-Ti合金是应变速率敏感材料,产生了应变速率强化效应;当应变速率为3600 s-1时,U-Ti合金已经发生45°剪切断裂;当应变速率达到5000 s-1时,U-Ti合金剪切断裂的同时产生烧蚀变形,剪切断口上出现塑性金属的韧窝特征;当应变速率为7300 s-1时,U-Ti合金45°剪切断面上出现了重熔现象.     

基于Murty准则的ZnAl10Cu2合金热变形机制及工艺优化

在Gleeble-1500D热模拟机上研究了ZnAl10Cu2合金在变形温度为180～330℃、应变速率为0.01～10 s-1、最大变形量为0.7条件下的热变形行为,采用动态材料模型的Murty失稳准则绘制了ZnAl10Cu2合金的热加工图,结合微观组织观察研究了该合金在实验条件下的微观变形机制及流动失稳现象,并优化了热变形的工艺参数。结果表明:ZnAl10Cu2合金在高应变速率区域容易发生流变失稳现象,45°剪切开裂、绝热剪切带和局部塑性流动是流动失稳区的主要变形机理,在变形安全区片状α1和α2相均发生了不同程度的球化和扭折,且基体β相发生了动态再结晶,在变形温度为240℃、应变速率为0.1 s-1时,能量耗散率达到峰值,约为53%。     

热变形参数对新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金微观组织的影响

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机进行新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的热压缩实验,变形程度为10%～80%,变形温度为300℃～450℃,应变速率为0.001s-1～10s-1。利用光学显微镜(OM)和透射显微镜(TEM)观察合金在不同压缩条件下的组织形貌特征,分析了热变形参数对微观组织的影响。研究结果表明,试验温度范围内,变形程度达到50%以上时,试样呈锻态变形组织,且变形程度的增大,有利于动态再结晶的进行;随着变形温度的升高和应变速率的减小,位错密度减小,亚晶粒尺寸增大。新型Al-Zn-Mg-Cu合金热压缩变形过程中主要的软化机制为动态回复和动态再结晶,当应变速率为0.01s-1、变形温度为300℃～400℃时,主要发生动态回复;当变形温度为450℃、应变速率在0.001s-1～10s-1范围内时,其变形以动态再结晶为主。     

Mechanical behavior of microstructure engineered multi-length-scale titanium over a wide range of strain rates

In this work, we studied the mechanical behavior of commercial purity Ti powder consolidates with an engineered microstructure containing multiple-length-scale features, over a wide range of loading rates. The microstructural length scales were engineered by mixing powders of different sizes, followed by either hot quasi-isostatic forging (QIF) or spark plasma sintering (SPS). We used electron backscatter diffraction and transmission electron microscopy to examine the microstructure of the Ti materials. A bimodal grain size distribution has been achieved for the majority of the QIFed samples, while those consolidated via SPS exhibit a near-equiaxed morphology. All samples synthesized with powders milled in liquid argon show considerable uniform plastic deformation under quasi-static compression, with no failure, and their strength values are considerably high when compared to those of commercial purity Ti. Moreover, the materials consolidated from milled powders exhibit adiabatic shear banding under high rate uniaxial compression via the Kolsky bar technique. Samples prepared from a preselected proportion of powders milled in liquid nitrogen showed quasi-static strength as high as 2000 MPa, and dynamic peak stress as high as 2700 MPa, comparable to the strength of high-strength steels. However, these super-strong Ti samples are brittle under both quasi-static and dynamic compression. The strengthening of these Ti materials with an engineered microstructure is primarily attributed to the presence of interstitials. Twins were observed in nanometer-sized grains in the strongest and brittle samples, along with evidence of the TiN phase, which was attributed to exposure to a high level of nitrogen introduced during milling in liquid nitrogen. The high rate behavior can be rationalized on the basis of an adiabatic shear band model that takes into account strain and strain rate hardening.     

锆合金在应变速率1000s~(-1)下动态压缩显微组织的演化规律(英文)

研究锆合金在应变速率1000s-1动态压缩条件下的显微组织演化规律。基于相同应变速率下多次撞击的方法实现锆合金动态压缩下4个不同的应变水平。在不同的应变水平下,应力—应变曲线具有明显的应变硬化效应,几乎观察不到明显的热软化效应。标定的晶粒边界图像表明,在不同的应变水平下,在变形组织内均可观察到大量的小角晶界,同时,小角晶界的数量和密度随着应变的增加而增多。除了在晶粒边界图像中观察到的小角晶界和大角晶界外,在不同的应变水平下还可观察到孪晶界。孪晶界的类型主要包括{10 1 2}、{11 2 1}拉伸孪晶和{11 2 2}压缩孪晶,且大多数孪晶界为{10 1 2}拉伸孪晶。随着应变水平的增加,变形组织中孪晶界的密度变化不明显。基于不同应变水平下变形组织的表征,提出了动态载荷下锆合金变形和演化过程。显微硬度测试表明,撞击试样的硬度随着应变的增加而逐渐增大,这主要与位错塞积引起的应变硬化有关。     

工业纯钛动态压缩特性及破坏的实验研究

用分离式霍普金森压杆对TA2工业纯钛进行了动态压缩及绝热剪切破坏实验研究,得到了不同应变率和不同温度下的宏观应力-应变曲线。通过对压缩本构特性及微观金相破坏的比较分析,讨论了应变率、表观压缩本构特性对绝热剪切形成的影响。结果显示:TA2试样动态压缩呈现绝热剪切破坏特征,绝热剪切带在空间呈对称的双锥形状;应变率越高,形成绝热剪切带的临界应变越小;分析表明,动态压缩实验无法得到关于绝热剪切起始、发展过程的本构软化信息。