不同取向疲劳态铜单晶高速冲击下的绝热剪切带

采用分离式Hopkinson压杆装置（SHPB）和扫描电镜电子通道衬度（SEM—ECC）技术研究了不同取向疲劳态铜单晶高应变率压缩下形成的绝热剪切带（ASB）．实验表明,ASB形成的临界应变与晶体取向有关,接近压缩临界双滑移取向晶体需要的临界应变最小,单滑移和压缩共轭双滑移取向的次之,共面双滑移取向的最大．本实验条件下形成的ASB内部典型的位错组态为位错胞结构,未观察到再结晶现象．根据空间位向,ASB可以分为3类：第1类非常接近铜晶体疲劳时形成的第2类形变带（DBII）平面,其临界应变最小;第2类ASB位向或者比较接近DBII平面或者比较接近第1类形变带（DBI）平面,其临界应变居中;第3类ASB位向与DBI和DBII平面均不接近,其临界应变最大．     

高应变速率下共析珠光体钢的微观组织演变

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对原始组织为层片状珠光体的高碳钢进行了高应变速率变形实验,借助SEM、TEM对变形后珠光体的微观组织演变规律进行了分析研究。结果表明:在高应变速率变形条件下,共析珠光体钢发生绝热剪切现象,原始珠光体组织中存在着绝热剪切带,绝热剪切带的宽度约为1.5μm,绝热剪切带外部区域存在着高密度位错、位错胞以及亚晶,而绝热剪切带内部区域则在动态回复和动态再结晶的作用下演变成晶粒尺度均在亚微米量级的超微细复相组织(铁素体+渗碳体)。     

等通道转角挤压Al-Cu合金的应力和应变疲劳行为比较

通过恒应力和恒塑性应变控制疲劳实验,比较了等通道转角挤压四道次的Al—0．7％Cu(质量分数)合金的疲劳寿命、表面变形形貌、疲劳开裂和疲劳断口．结果表明：样品发生明显的循环软化,致使应变和应力疲劳寿命在高、低应力范围存在差别．在应变控制疲劳样品中,塑性变形既可由剪切带来承担,也可以由剪切带和形变带共同承担,进而疲劳裂纹分别沿剪切带或形变带萌生．而应力控制疲劳的塑性变形只集中在剪切带中,并导致剪切疲劳开裂．疲劳断口上存在典型的疲劳裂纹萌生区、缓慢扩展区、快速扩展区和最后瞬断区．     

U-5.7Nb合金动载下绝热剪切带的形成及其演化机制

研究了U-5.7Nb合金在应变速率为8000s~(-1)下绝热剪切带的形成及其演化机制。通过控制应变速率,采用应变限位环的方法实现了U-5.7Nb合金在不同应变下的动态变形。结果表明:随着应变的增加,U-5.7Nb合金动载下会形成两种类型的绝热剪切带:形变带和转变带。形变带形成所需的临界应变值接近于0.33,而转变带形成所需的临界应变值接近于0.39。显微组织观察表明形变带内部由严重拉长的畸变组织组成,而转变带内部主要由细小等轴的晶粒组成。基于不同应变下绝热剪切带的表征,预测了U-5.7Nb合金动载下塑性变形及其断裂过程。     

Ti-6Al-4V绝热剪切带的厚度及应变率效应研究

通过引入与Batra及Kim类似的论点,将绝热剪切带宽度定义为绝热剪切带的中心区域的宽度(w5%),在该区域上温度比其峰值小5%,利用Johnson-Cook模型及梯度塑性理论分析Ti-6Al-4V绝热剪切带的厚度及应变率的影响.计算表明,在名义应变率的下限(800s-1)及上限(1400s-1)之间,当绝热剪切带的总厚度选取为0.3235及0.0705 mm时,计算结果非常接近于绝热剪切带宽度的上限(55 um)及下限(12 um).当应变率较低时,绝热剪切带较宽.随着应变率的增加,绝热剪切带宽度快速降低.在高应变率时,绝热剪切带宽度基本保持恒定.该理论结果与Dodd及Bai的理论结果有类似之处,与Weerasooriya及Beaulieu针对钨合金的实验结果非常一致,与Klepaczko及Rczaig的数值结果的前半部分相似.     

不同结构金属高速压缩力学行为及微观剪切结构差异

针对高锰TRIP钢、纯Cu、IF钢及装甲钢,利用Hopkinson杆在应变率为103~104s-1进行动态压缩实验,考察其抗冲击性能及剪切带形成时微观组织的差异.结果表明:动态剪切变形下,纯Cu和IF钢不易形成绝热剪切带,缺乏加工硬化能力,从而抗冲击性差;具有马氏体组织的装甲钢快速形成绝热剪切带,但剩余强度高,抗高速冲击性强;以奥氏体为主的TRIP钢有最高的加工硬化性,形变中产生的bcc马氏体(α′-M)可有效推迟绝热剪切带的产生且裂纹不易扩展,适于作为抗冲击材料.纯Cu及IF钢扩展的剪切组织为拉长的亚晶和小角晶界,剪切微织构弱,而TRIP钢及装甲钢绝热剪切带为细小的等轴晶和大角晶界,TRIP钢形成较强的{111}-{112}110fcc剪切微织构,装甲钢则形成弱的{110}111bcc剪切微织构.     

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.     

钛合金（Ti—17）的动态力学性能和损伤特性

利用分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆冲击加载装置,采用圆柱和锥台两种试样,在高应变速率加载条件下研究Ｔｉ－１７合金的应力应变响应和动态损伤特征实验结果表明,动态屈服应力和断裂应力比静态相应值高宏观损伤对应变速率敏感,而对应力不敏感,出现宏观损伤的临界应变速率．试样微观解剖显示绝热剪切带是材料宏观损伤的先兆,试样主要沿剪切带发生破坏、在垂直加载轴的横截面上,绝热剪切带呈圆弧形,平行加载轴剖面上绝热剪切带沿最大剪切应力方向．锥台试样中绝热剪切带的应变从始点到终点逐渐减小     

高应变速率下45钢绝热剪切变形特征

基于退火、正火、调质三种不同热处理状态的45钢的帽型试样强迫剪切实验,在Hopkinson压杆的不同速率加载条件下,利用金相显微镜和扫描电镜测试方法研究了材料绝热剪切的变形特征和敏感性,分析了组织因素对绝热剪切的影响规律。结果表明,材料的组织不同,其绝热剪切变形的特征也不同。45钢正火态、调质态中均出现转变带,其余为形变带。随着加载速率和材料强度的提高,绝热剪切带由形变带变为转变带,剪切带宽度越窄,绝热剪切越敏感。     

高应变速率对纯钛塑性变形的影响

利用动态塑性变形(DPD)和准静态压缩变形(QSC)技术对纯钛圆柱样品进行对比压缩试验,研究了不同应变速率下纯钛形变孪晶和微结构演变。结果发现:2种变形方式的变形机制相似,低应变时以形变孪生为主,孪生饱和后转变为位错滑移主导;高应变速率促进了形变孪晶的产生,激发{4211}压缩孪晶的形成,同时使变形机制转变临界应变提前至0.2;纯钛在高应变速率和高应变(ε≥0.6)下出现绝热剪切带(ASB)。     

Cu单晶体驻留滑移带的形成与消失

在循环加载条件下，单滑移取向的Cu单晶体首先出现驻留滑移线(PSL)，然后随着循环周次的增加转变为驻留滑移带(PSB)．在不同温度、不同时间条件下对疲劳Cu单晶进行真空退火处理，观察PSB结构在热激活条件下的变化情况．结果表明，退火处理过程中由于空位浓度差异所产生的渗透力促使位错运动，并使PSB的某些部位逐步细化，以至消失．实现了PSB的分段相消．在退火过程中由于应变能的逐步释放，未观察到再结晶现象．     

等径弯曲通道制备的超细晶铜的疲劳性能

研究了等径弯曲通道(ECAP)变形后的超细晶T3铜在恒应力幅控制条件下的疲劳寿命和循环形变行为.通过扫描电镜观察了疲劳试样表面的滑移带,并利用电子背散射技术观察了疲劳前、后晶粒尺寸的变化.结果表明,超细晶T3铜具有较高的疲劳极限(σ-1=153 Mpa),是粗晶铜疲劳极限的2倍.在低周疲劳域内表现出疲劳软化,而在高周疲劳域内表现比较稳定的疲劳行为,甚至出现疲劳硬化.类似驻留滑移带(PSB)的剪切带与最后一次挤压的剪切面一致,剪切带的形成和晶界滑移是疲劳裂纹形核和疲劳断裂的主要原因.     

铜晶体的疲劳损伤微观机制

对Cu单晶体、双晶体和多晶体疲劳损伤微观机制的总结结果表明：在中、低应变范围Cu单晶体的疲劳裂纹主要沿驻留滑移带萌生,而在高应变范围则沿粗大形变带萌生;Cu双晶体中疲劳裂纹总是优先沿大角度晶界萌生和扩展,而小角度晶界则不萌生疲劳裂纹;对于Cu多晶体,疲劳裂纹主要沿大角度晶界萌生,有时也沿驻留滑移带萌生,而孪晶界面两侧由于滑移系具有相容的变形特征而未观察到疲劳裂纹萌生．     

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。     

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。     

Ni_3（Al，Zr）单晶循环变形行为的研究

通过对Ｎｉ_３（Ａｌ，Ｚｒ）单晶在室温下对称拉－压循环变形实验，发现存在拉－压流变应力的不对称性和循环应变硬化现象。应力不对称性随所加循环应变的增大而增大。循环应力响应曲线可分为循环硬化及循环饱和两个阶段。透射电子显微镜（ＴＥＭ）观察表明：疲劳试样中的超结构位错主要以超结构内禀堆垛层错（ＳＩＳＦ）形式存在，这种位错结构是产生应变硬化的主要原因。     

Mechanical properties of tungsten heavy alloy and damage behaviors after hypervelocity impact

93W-4.5Ni-1.5Fe-1Co(W) was prepared by powder metallurgic method, and then dynamic mechanical properties of this material were tested at high temperature by means of high-temperature split Hopkinson pressure bar(SHPB). The results show that the material possesses highdynamic mechanical properties, significant temperature effects, and strain hardening behaviors. Used two-stage light gas gun, the penetration test of 93 W projectile was finished. After the completion of the test, through the microstructure observation of the residual 93 W projectiles with the aid of scanning electron microscopy(SEM) and transmission electron microscopy(TEM), it can be found that there are obvious signs of hot melt existing on the surface of the projectile, a lot of adiabatic shear bands inside the projectile, and microcracks exist at the end of adiabatic shear bands. The test results show that adiabatic shear is the main form to cause the projectile failure and it is the emergence of the adiabatic shearing phenomenon that makes 93 W display good self-sharpening property in the process of hypervelocity penetration. At the same time,the results of TEM observation show that there are highdensity dislocations at the interface between W and Ni–Fe–Co-based alloy inside the 93 W.     

DIRECT OBSERVATION OF DISLOCATION STRUCTURE IN DEFORMED MATERIALS BY SEM──Dislocation Structure in a Fatigued [001] Cu Single Crystal

用扫描电镜的电子通道衬度技术研究了「００１」取向铜单晶中的疲劳位错结构。结果表明，ＳＥＭ－ＥＣＣ技术不仅可以真实地，全面地显示疲劳位错组态，而且还揭示了表面出现的宏观形变带与位错结构的对应关系。     

用扫描电镜直接观察变形材料中的位错结构──[001]取向铜单晶疲劳位错结构的研究

用扫描电镜（SEM）的电了通道讨度（ECC）技术研究了[001]取向铜单晶中的疲劳位错结构结果表明，SEMECC技术不仅可以真实地、全面地显示疲劳位错组态，而且还揭示了表面出现的宏观形变带与位错结构的对应关系.