AlCoCrFeNi高熵合金在冲击载荷下的动态力学性能

利用INSTRON准静态实验机和分离式霍普金森压杆系统对AlCoCrFeNi高熵合金在应变速率为1×10~(-4)s~(-1)～2.5×10~3s~(-1)内进行压缩实验。研究了AlCoCrFeNi高熵合金在高应变速率范围内的动态力学行为。利用扫描电镜观察试样在不同应变速率下破坏断口的微观形貌;利用透射显微镜对压缩后的变形试样进行分析。研究了不同应变速率下该合金的变形机理。结果表明,室温下AlCoCrFeNi高熵合金具有明显的加工硬化行为。随着应变速率的提高,合金表现出显著的正应变速率强化效应,并且在高应变速率时具有很强的应变率敏感性。AlCoCrFeNi高熵合金在准静态和动态压缩下的断口形貌均为韧脆混合的准解理断裂特征,并且其塑性变形方式均为位错滑移。     

TC18合金高温动态力学行为表征

采用电子万能试验机对TC18合金进行常温准静态压缩实验,得到合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18合金在温度分别为298 K、523 K、773 K和1023 K,应变率分别为500s~(-1)、1000s~(-1)和1500s~(-1)下进行动态力学性能实验,得到合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线。在Johnson-Cook模型的基础上,通过考虑应变、应变率和温度的耦合效应,建立修正的Johnson-Cook模型对TC18合金的高温动态力学性能进行表征,模型预测结果与实验结果吻合良好,表明修正的Johnson-Cook模型能够更精确地表征TC18合金在高温下的流动应力。     

TC6钛合金高温准静态与室温动态变形条件下微结构演化对比

采用gleeble-1500热模拟试验机及分离式霍普金森压杆技术,对TC6钛合金试样进行高温准静态(0.01s-1)压缩试验及室温高应变率(103s-1)剪切试验,通过光学显微镜及透射电镜对比研究2种变形条件下材料微结构演化特点。结果表明:在2种变形条件下材料微结构演化显著不同。在高温准静态条件下变形时,TC6钛合金微结构演化经历了4个阶段:等轴状α相变形为板条状→板条状α相断裂,同时出现动态再结晶晶粒→动态再结晶晶粒长大→发生α/β相变;在高应变率加载条件下变形时,TC6钛合金微结构演化经历了3个阶段:等轴状α相变形为板条状→位错的快速运动,板条状α相变形为更为细长狭窄的长条状→长条状α相断裂,同时出现少量动态再结晶晶粒;在2种变形条件下,TC6钛合金均发生了动态再结晶,但高温准静态下,动态再结晶晶粒较多且发生长大,尺寸为3～5μm,而高应变率加载条件下形成的动态再结晶晶粒较少且没有长大,尺寸为0.1～0.2μm。     

高应变率下铸造镁合金AZ91的动态压缩性能及破坏机理

利用INSTRON准静态试验机和分离式Hopkinson压杆系统对铸造镁合金AZ91在不同应变率下进行压缩试验,研究AZ91镁合金在高应变率范围内(应变率6×102～1×104 s-1)的动态力学行为,并利用扫描电镜观察试样在不同应变率下破坏断口微观形貌的变化,探索应变率对破坏机理的影响.结果表明:室温下铸造镁合金AZ91具有明显的应变硬化性质;在准静态压缩过程中材料对应变率负敏感,当应变率达到7×103 s-1时,AZ91镁合金表现出明显的应变率敏感性;在准静态破坏和动态破坏下,材料断口的微观形貌具有很大不同.     

Si3N4p/Al复合材料动态压缩性能研究

采用无压浸渗的方法制备了陶瓷(Si3N4p)含量为34.4%、46.3%和51.4%的3种Si3N4p/Al复合材料,应用分离式霍普金森压杆装置测试了复合材料在不同应变率下的动态压缩性能,并与准静态压缩性能进行了比较.分析了应变速率和陶瓷含量对复合材料动态性能的影响规律,探讨了复合材料微观组织特征对复合材料动态性能的影响机制.研究结果表明,Si3N4p/Al复合材料的动态压缩强度高于准静态压缩强度;在动态压缩过程中,高应变率载荷导致复合材料铝合金基体中具有高位错累积速率和较高的温升,因而复合材料动态压缩响应表现为"应变率硬化"效应和"热软化"效应的耦合.复合材料的动态压缩强度随着陶瓷含量增加而增加;热软化效应则随陶瓷含量增加、铝合金变形能力下降而相应减弱.     

应变率和相对密度对泡沫SiCp/ZL104压缩性能的影响

对采用熔体发泡法制备的泡沫5%(体积分数,下同)SiCp/ZL104复合材料进行了准静态和动态压缩性能的测试和分析.结果表明:无论是动态下压缩还是准静态下压缩,泡沫5%SiCp/ZL104复合材料的应力-应变曲线都呈现出典型的3个阶段:线弹性段、平台段和致密段;屈服应力对应变率很敏感,使得应变率增加时,屈服应力增加,且有应变硬化现象发生;随着相对密度的增大,泡沫5%SiCp/ZL104复合材料的动态屈服应力和流动应力与准静态载荷相比显著增加.     

无压浸渗制备Si3N4/Al-AlN复合材料的动态性能

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对无压浸渗制备的Si3N4/Al-AlN复合材料进行不同应变速率下的动态压缩实验,并与准静态压缩实验相比较;利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了复合材料的相组成和断口形貌.结果表明:Si3N4/Al-AlN复合材料的准静态压缩强度和断裂应变均高于动态压缩,分别达到1 748MPa和10.87%;在动态压缩中,当应变率从740提高到1 850,压缩强度稍有提高,断裂应变则增大1倍,达到7.6%,具有明显的应变率效应.准静态压缩中复合材料发生粉碎性解体而动态压缩中主要为劈裂,断裂面平整;微观断裂机制为解理脆断和韧性撕裂,随着应变率增加,断口上韧性撕裂形貌增加.复合材料内Si3N4与Al-Mg合金熔体的置换反应产物AlN相的大量存在是复合材料在高应变率冲击压缩载荷下显现由脆至韧转变的重要原因.     

数值模拟研究SiCp/2024Al复合材料动态力学性能

基于复合材料扫描电镜图像,通过图像处理和识别技术,建立复合材料真实微观结构有限元模型,利用该微观模型对SiCp/2024Al复合材料在准静态与动态下的力学性能进行研究。结果表明,SiCp/2024Al复合材料在准静态与动态下的力学性能有显著差异,随着应变率增大,复合材料的弹性模量、屈服强度、流动应力均增大,在高应变率下复合材料出现应变软化现象;在动态压缩过程中,高体积分数SiCp/2024Al复合材料其承载机理与低体积分数复合材料不同;SiCp/2024Al复合材料在加载过程中同时受到应变硬化、应变率硬化作用,并随着增强体SiC颗粒体积分数增大,应变率敏感率随之增加。     

Si3N4p／Al复合材料动态压缩性能研究Si3N4p／Al复合材料动态压缩性能研究

采用无压浸渗的方法制备了陶瓷（Si3N4p）含量为34．4％、46．3％和51．4％的3种Si3N4p／Al复合材料,应用分离式霍普金森压杆装置测试了复合材料在不同应变率下的动态压缩性能,并与准静态压缩性能进行了比较。分析了应变速率和陶瓷含量对复合材料动态性能的影响规律,探讨了复合材料微观组织特征对复合材料动态性能的影响机制。研究结果表明,Si3N4p／Al复合材料的动态压缩强度高于准静态压缩强度;在动态压缩过程中,高应变率载荷导致复合材料铝合金基体中具有高位错累积速率和较高的温升,因而复合材料动态压缩响应表现为“应变率硬化”效应和“热软化”效应的耦合。复合材料的动态压缩强度随着陶瓷含量增加而增加;热软化效应则随陶瓷含量增加、铝合金变形能力下降而相应减弱。     

高应变速率下钨丝增强锆基块体非晶合金复合材料的变形行为

利用压力浸渗制备出钨丝增强Zr_(41．25)Ti_(13．75)Ni_(10)CU_(12．5)Be_(22．5)块体非晶合金复合材料,采用应变速率为1×10~(-4) s~(-1)的准静态压缩实验及应变速率为2×10~3s~(-1)的动态压缩实验的方法,研究了在动载荷作用下该复合材料的力学性能．结果表明,准静态压缩时,复合材料的强度约为1980 MPa,与单一块体非晶合金相比并无显著提高．而塑性提高约5倍,达到11．5%;动态压缩时,复合材料的最大抗压强度升至约2648 MPa,塑性则在1．8%—7．5%之间,复合材料的应变速率敏感指数为0．022．在准静态压缩下,复合材料的抗压强度受到残余热应力及钨丝失稳弯曲极限压应力的影响;在动态压缩下,除了热应力的影响外,还受到钨丝剪切断裂以及复合材料正弦型弯曲行为的影响．后两者使复合材料的抗压强度在动态加载条件下升高．     

初始微结构对多晶金属Be宏观力学性能的影响

通过室温准静态(应变率10-3s-1)、高温准静态(600℃,应变率10-3s-1)和室温动态(应变率103s-1)预压缩变形分别实现金属Be内部3种不同微观结构的形成,进而实现多晶金属Be宏观压缩力学性能的调节,研究了初始微观结构对多晶金属Be压缩力学性能的影响及作用机理。结果表明,3种不同初始微结构样品中,室温准静态预压样品压缩力学响应最硬,而室温动态预压样品最软。显微组织、宏观织构测试以及原位中子衍射力学实验测试表明,室温准静态预压样品形成"弱织构"型初始微结构,微观力学响应上表现为(00.2)晶面优先受力,且由于引入一定位错使形变硬化效应相较于其它试样更为明显;而室温动态预压样品形成"强织构"型初始微结构且存在一些微孔洞,微观力学响应上表现为(00.2)晶面主要受力,微孔洞参与部分应力配分抑制了形变硬化效应;高温准静态预压样品形成的"随机取向"型初始微结构,微观力学响应上表现为初期各晶面均等受力、(11.0)晶面逐渐受力增加,且位错密度降低使内部协调变形相对容易。通过不同尺度上微观结构的协同配合可以实现宏观力学性能的调节,基于此可定制满足特定服役场景需求的性能。     

高颗粒含量B4C／Al复合材料的高温压缩力学行为

利用Gleeble3500热模拟机对高颗粒含量B4C／A1复合材料进行了温度范围为298～773K,应变率范围为1×10-3-5S^ （-1）的单轴压缩力学行为测试。结果表明：由于高颗粒含量B4C／A1复合材料在动态载荷和静态载荷作用下的破坏方式不同,导致了在高温条件下复合材料的动态强度随温度的下降速率要小于静态强度的下降速率。当温度从室温升高到773K时,复合材料的应变率敏感指数从0．02增加到0．13,该现象表明,该高颗粒含量复合材料的应变率敏感指数是温度的函数。     

开孔泡沫Al-10%Mg合金的动态压缩行为的研究

用Hopkinson压杆实验装置对开孔结构的泡沫Al—10％Mg合金进行了动态压缩实验，在应变率为准静态、800s^-1和2000s^-1条件下测量了动态和准静态压缩应力—应变曲线，研究了这种铝合金泡沫的动态压缩行为，并分析了其应变率效应。结果表明：在动态和准静态压缩下，泡沫Al—10％Mg合金的压缩σ—ε曲线均表现出弹性变形段、平缓段和紧实段三阶段特征；泡沫Al—10％Mg合金具有明显的应变率敏感性，随应变速率的提高，相同应变量下的流动应力上升。     

热氧化TC4合金静/动态力学性能研究

选取700℃/10 h热氧化工艺,对TC4合金进行热氧化处理。通过准静态压缩,纳米压入及分离式Hopkinson压杆冲击等测试,研究了热氧化对TC4静/动态力学性能的影响。此外,借助扫描电镜(SEM)分析了动态冲击后氧化层的形貌。结果表明,热氧化TC4具有较好的静态力学性能和较高的应变率强化效应。氧化层在较低冲击应变率下,能够提高TC4的塑性;而应变率过大,则会降低其塑性。最后,经过对本构模型修正和实验数据拟合,得到了室温下热氧化TC4的Johnson-Cook(J-C)本构方程。修正曲线与实验结果对比,两者在塑性平台区吻合较好。     

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。     

Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金压缩性能研究

摘 要: 采用铜模喷铸法成功制备出内含β-Ti(Zr,Nb)晶体相的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金,在室温环境下对其进行准静态和动态压缩力学性能测试,结合S-4800型扫描电镜(SEM)对压缩试样断口进行观察,并对不同应变率下的力学性能进行对比。结果表明：内生相非晶合金的结构为非晶基体和在非晶基体上均匀分布着的β-Ti(Zr,Nb)晶体相组成。Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金在准静态压缩时,随应变率的增加抗压强度有明显的提高,存在应变率硬化现象,表现出与一般非晶合金体系不同的应变率效应;在动态压缩条件下,动态抗压强度随着应变率的提高也有较明显的增加,表现为应变率硬化效应。由于内生相非晶合金在动态压缩条件下的绝热温升效应和非晶的碎化,导致在室温条件下Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金的动态压缩抗压强度和应变低于准静态压缩抗压强度和应变。     

ZK60镁合金的动态力学行为研究

研究了ZK60镁合金挤压后的静态和动态力学行为。结果表明:晶粒尺寸随着温度的增加而增加,380℃挤压试样室温准静态力学性能最差,300℃和340℃时挤压加工的试样力学性能相差不大。在动态力学性能的测试中得出,当应变率小于等于2000 s-1时,300℃挤压并时效后的试样吸能性最好。     

Ti_(48)Zr_(20)Nb_(12)Cu_5Be_(15)内生相非晶合金的压缩性能

采用铜模喷铸法成功制备出内含β-Ti(Zr,Nb)晶体相的Ti_(48)Zr_(20)Nb_(12)Cu_5Be_(15)内生相非晶合金,在室温环境下对其进行准静态和动态压缩力学性能测试,用S-4800型扫描电镜(SEM)对压缩试样断口进行观察,并对不同应变率下的力学性能进行对比。结果表明,内生相非晶合金的结构为非晶基体和在非晶基体上均匀分布着的β-Ti(Zr,Nb)晶体相组成。Ti_(48)Zr_(20)Nb_(12)Cu_5Be_(15)内生相非晶合金在准静态压缩时,随应变率的增加抗压强度有明显的提高,存在应变率硬化现象,表现出与一般非晶合金体系不同的应变率效应;在动态压缩条件下,动态抗压强度随着应变率的提高也有较明显的增加,表现为应变率硬化效应。由于内生相非晶合金在动态压缩条件下的绝热温升效应和非晶的碎化,导致在室温条件下Ti_(48)Zr_(20)Nb_(12)Cu_5Be_(15)内生相非晶合金的动态压缩抗压强度和应变低于准静态压缩抗压强度和应变。     

界面改性对SiC/Al双连通复合材料力学性能的影响

采用真空气压浸渗技术制备Si C/Al双连通复合材料,研究了Si C_(3D)/Al复合材料压缩强度的应变率效应,以及Si C骨架表面氧化时间对复合材料压缩和弯曲强度的影响规律。结果表明:Si C/Al双连通复合材料抗压缩强度有显著的应变率硬化效应(10~(-3)~10 s~(-1)),最高增幅可达25%。Si C骨架表面氧化可以进一步提高复合材料抗压缩强度,Si C骨架1200℃氧化6 h后所对应的复合材料具有最高的抗压缩强度,在应变率为10~(-3) s~(-1)时,其抗压缩强度相比于未氧化处理的复合材料提升幅度达10%;其原因是,氧化处理改变了Si C/Al的界面特征,从而影响了复合材料的断裂行为。但是,Si C骨架氧化处理几乎没有改变复合材料的抗弯强度。     

TC4钛合金的高温压缩变形行为

在DIL805A/T热模拟机上对TC4进行了等温压缩试验,研究了该合金在变形量为55%温度为870、920、970、1020℃、应变速率为0.001~1 s~(-1)的条件下的高温变形行为。使用双曲正弦形式修正的Arrhenius关系来描述TC4钛合金高温压缩变形时最大变形抗力的本构方程。绘制出TC4钛合金的加工图,通过使用金相显微镜观察微观组织验证加工图的有效性。结果表明,应力-应变图可以很好地反映TC4钛合金在不同变形条件下的应力状态,且应力值和试验值有较好相关性(R~2=0.9006),通过观察微观组织得出在920℃、0.01 s~(-1)的应变条件下试样组织为典型的(α+β)组织,组织稳定,韧性好,高温强度高,材料加工综合性能最好。结合热加工与组织分析,TC4钛合金的最佳工艺参数是在900~950℃,0.01~0.1 s~(-1)的应变条件下。