SiC/Zr基非晶复合材料的动态断裂特性研究

利用Hopkinson压杆冲击加载装置和扫描电子显微镜(SEM),对SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料圆柱形试样进行了相关的应力-应变响应和动态断裂特征及断口形貌的研究。结果表明:SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料的动态压缩强度随冲击压力的增大而递增,当冲击压力为0.6 MPa时,复合材料的动态压缩强度为855 MPa;断裂表面呈现典型的结晶状断口,断裂模式为脆性断裂和劈裂混合破坏模式;非晶基体在动态压缩条件下出现了显著的热软化和熔化特征。     

真空自耗熔炼对钨锆合金显微组织与力学性能的影响

采用真空自耗熔炼工艺对粉末冶金态钨锆合金进行熔炼,得到高密度、高强韧的熔炼态钨锆合金。通过金相显微镜、SEM、EDS等对粉末冶金态和熔炼态钨锆合金的显微组织、力学性能和断口形貌进行分析与表征。结果表明:自耗熔炼可以消除烧结态存在的气孔,得到组织均匀的熔炼态钨锆合金;熔炼态合金显微组织主要由Zr-Ti相和W-Ti相组成,其中钨组元在熔炼中没有熔化,主要发生随机团聚现象;熔炼态钨锆合金断口形貌表现出韧性和脆性两种断裂方式共存特征,且密度与强度较粉末冶金态有明显提高。     

核级锆及锆合金研究状况及发展前景

简要介绍锆及锆合金的核性能,海绵锆的制备方法,并与所述制备方法进行比较;从熔炼、塑性加工和焊接等方面综述锆合金加工技术的现状。详细描述锆合金的耐腐蚀性能和吸氢性能,指出吸氢问题和腐蚀机理的研究是一个长期关注的问题;同时对锆及锆合金的发展趋势进行了展望。     

钨锆合金的动态力学特性研究

采用分离式霍普金森压杆（SHPB）实验技术,在不同的冲击载荷条件下,对钨锆合金（52.6/47.4）的动态压缩性能进行实验研究,获取该材料在发生反应与不反应情况下的应力-应变曲线,并分析该材料的冲击响应特性。结果表明：钨锆合金是一种典型的弹脆性含能结构材料,在冲击压缩过程中会出现中应变率（＜500 s-1）脆性断裂（未反应）和高应变率（＞1 000 s-1）冲击反应两种状态。     

Mg65Cu20Ag5Gd10块体非晶合金的动态压缩特性

利用霍普金森压杆(SHPB)装置对Mg65Cu20Ag5Gd10块体非晶合金材料进行了动态压缩试验,应变率范围102—103 S-l,采用扫描电子显微镜研究了其断口形貌特征。结果表明：Mg65 Cu20Ag5 Gdlo块体非晶合金在动态压缩条件下的断裂强度值最高为704 MPa,变形过程中没有出现宏观塑性变形阶段;Mg65 Cu20Ag5 Gd10块体非晶合金的断裂强度随发射子弹气压增加有增高的趋势,而断裂应变则随着压缩载荷的增加而降低;断口上存在解理台阶证明Mg65 Cu20Ag5 Gd10块体非晶合金为脆性断裂,同时在断口上存在条状花样和光滑区域相结合的形貌特征。     

稀土锆合金微观断口形貌的评价和表征

对稀土锆合金断口微观缺陷的形貌特征、微观断口形貌特征等进行了表征。研究表明,“沿晶”、“多边化”和“扇形解理花样”是稀土锆合金断口最常见的微观形貌特征;“缝隙”和“孔洞”是其断口最主要的微观缺陷形貌特征。     

钨丝增强锆基非晶合金复合材料动态变形特征研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对体积分数为60%和80%的钨丝增强锆基非晶合金复合材料进行了动态压缩实验,采用 X 射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了复合材料的原始组织以及动态变形特征和断口形貌。结果表明:在动态压缩载荷作用下,W 丝/Zr 基非晶复合材料没有明显的屈服现象即发生断裂;试样的动态压缩强度随着钨丝体积分数的增加而增加,体现了钨丝增强体对复合材料显著的强化作用;试样发生剪切断裂和纵向劈裂,在变形过程中钨丝发生劈裂并有屈曲失稳和翘起,非晶基体表现为软化后的脉状花样和脊状形貌,钨丝体积分数的不同,复合材料呈现出不同的断口特征。     

钨锆铪活性合金破片冲击释能行为实验研究

为研究活性合金材料的冲击释能行为,采用弹道枪驱动一种高强度、高密度的钨锆铪活性合金破片,使其以不同着速撞击Q235钢靶,通过观察靶板穿孔模式和靶后冲击释能火光区的高速摄影图像,提出合金类破片冲击释能的3阶段模型,即冲击激活阶段、自蔓延释能阶段、自激活阶段。结合应力波、热应力理论和冲击温升方程,获得该破片能量的激活门限、能量完全释放的临界条件、释能火光区的最大尺寸及其靶后有效毁伤距离。研究结果表明：钨锆铪活性合金破片不仅具有类似惰性破片的动能毁伤能力,而且在穿靶前活性能耗极小,活性能量在穿靶后毫秒量级内完全释放;破片活性能量被完全激活前,释能火光区的最大毁伤容积和有效毁伤距离分别随破片着速的提高呈指数和线性增长趋势。     

承载抗冲击部件用改性POM动态压缩性能研究

针对改性POM承载部件在极端环境抗冲击服役条件下的应用,基于SHPB动态压缩实验技术,对改性POM材料在-40~70℃试验温度条件下的动态压缩力学性能进行试验研究,动态压缩试验在800、1 400、2 300、3 100 s-1的应变率下开展。研究发现:热塑性改性POM工程塑料的最大压缩应力随应变率的提升而增大,力学性能具有显著的应变率效应,且高温下更明显;在实验温度范围内改性POM的力学行为呈现出高速韧性;在1 400、2 300、3 100 s-1应变率下,材料在-40℃的最大压缩应力比70℃提高约16.0%、18.1%和11.3%,而对应失效应变明显减小,改性POM材料的力学性能呈现出显著的温度依赖性。     

钨锆合金破片毁伤过程研究

采用12.7mm弹道枪发射破片进行模拟穿靶试验,对钨锆合金、93钨合金和易碎钨合金3种材料破片在毁伤油箱过程中的瞬态压力、压力恢复时间和油箱内烃气浓度进行研究。研究结果表明,钨锆合金破片优于93钨合金和易碎钨合金破片,钨锆合金破片使油箱爆燃的主要影响原因是其碎片分散角大和多火点引燃,因此钨锆合金具有更高的引燃油箱能力。将其应用于多功能战斗部中可以使武器具有更高的综合毁伤威力。     

7050铝合金热压缩动态再结晶研究

用Gleeble-1500D热模拟压缩试验对7050铝合金高温流变和动态再结晶行为进行研究。结果表明:综合考虑温度和应变速率对动态再结晶的影响,得到动态再结晶峰值应变方程εp=0.015427×ε0.06081·exp(15319/RT),峰值应变与临界应变的关系εc=0.72εp,从而为有限元数值模拟和热加工工艺提供理论和数据参考。     

W骨架/Zr基非晶合金复合材料动态力学特性研究

利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)和SEM、XRD等测试方法研究了W骨架/Zr基非晶合金复合材料的动态力学性能及断裂模式。结果表明,复合材料具有较高的动态压缩强度,在采用0.8MPa打击压力时动态压缩强度接近1900MPa。复合材料的断裂包括沿W/W界面、W/非晶界面开裂以及W颗粒解理几种断裂模式,W骨架的特性和材料的交叉网络结构提升了整体塑性。     

烧结温度对钨球压缩性能的影响

采用液相烧结法制备钨合金球,研究烧结温度对钨球微观组织的影响,讨论晶粒度和W-W邻接度对钨球压缩性能的影响。结果表明:烧结温度越高,晶粒度越大,W-W邻接度越小;在烧结温度为1520℃时,直径8mm的钨球具有最高的压溃载荷(80kN)。断口形貌观察表明,钨球压缩开裂机制与钨合金拉伸开裂机制基本一致。对钨球压缩行为的研究表明,钨颗粒的变形主要集中在钨球的中心部分。     

锆基非晶活性材料动态力学性能及本构关系

为了获得新型锆基非晶活性材料在动态加载条件下的力学性能及本构关系,采用压力渗透铸造法制备得到锆基非晶活性材料样品,借助分离式霍普金森压杆实验测量系统对其进行了不同应变率加载条件下的动态压缩实验,获得了应变率在300～1600 s-1范围内材料的应力-应变曲线,利用高速摄影观察记录了不同应变率条件下试件的破碎以及释能过程.结果表明:锆基非晶活性材料性能表现为脆性材料特征,应力-应变曲线不存在屈服阶段,且当应变率由947 s-1上升至1587 s-1时,材料抗压强度由2.71 GPa上升至2.78 GPa,增幅较小,约为2.6％,而断裂应变由0.032下降至0.028,下降12.5％;材料的破碎程度以及释能反应现象随应变率增加较为明显,当加载应变率较大时,材料破碎过程中存在应变软化现象;根据实验数据,拟合得到了锆基非晶活性材料断裂失效前的一维弹脆性损伤动态本构方程.     

钨骨架/Zr基非晶复合材料准静态断裂特征研究

研究了用渗流铸造法制备的钨骨架/Zr基非晶复合材料在1.4×10-2s-1应变率条件下的力学性能与变形断裂特征。试验发现钨骨架/Zr基非晶复合材料在准静态压缩条件下具有很高的压缩强度(3300～3500MPa)和良好的塑性变形能力(50%～60%)。利用SEM研究压缩后试样的微观组织形貌,发现钨骨架与非晶相的相互嵌套改变了非晶和钨骨架二者各自的变形机理与断裂模式。非晶相阻碍了钨骨架中裂纹的扩展,钨骨架抑制了非晶相中大面积流变的发生。复合材料的断裂表现为一种混合断裂模式,其中非晶相的断裂为局部软化后的撕裂。     

固溶工艺对挤压铸造稀土镁合金组织和性能的影响

采用挤压铸造制备Mg-Nd-Gd-Zr镁合金试样。对该合金分组T6热处理后发现,固溶温度由510℃增至540℃过程中,抗拉强度呈先升后降趋势,伸长率持续下降。530℃固溶温度下固溶时间由8 h延长至20 h,合金晶粒长大明显,但伸长率增加100%。SEM分析表明,不同温度固溶处理后合金拉伸断口有区别,510℃固溶处理后断口由残留相开裂和穿晶解理开裂面构成,530℃固溶处理后断口以准解理穿晶断裂为主。     

AZ31B镁合金FSW接头与MIG接头性能对比研究

采用FSW和MIG焊接方法对AZ31B变形镁合金进行焊接试验。结果表明:FSW接头的焊核区受摩擦热、机械搅拌和热塑流动的综合作用,形成粒度细小、晶界明显的等轴再结晶晶粒,平均直径约为5μm;MIG接头的焊缝区在电弧的高温热作用和急速冷却作用下,形成晶界明显的等轴晶,平均尺寸约为20μm;FSW焊接接头力学特性优于MIG,平均抗拉强度达到249.8 MPa,为母材抗拉强度的96.1%,平均伸长率为11.6%;两种接头的断裂面与拉伸方向的夹角约为45°,FSW接头断裂位置在热影响区,断面上有尺寸相差很大的韧窝,而MIG多出现在焊缝区,断面上有韧窝和撕裂棱。     

镁合金温变形后的组织与性能

研究了镁合金(Mg-3Al-lZn)铸棒在不同变形温度和变形程度下的组织演变过程和再结晶行为,并对不同变形条件下试样进行拉伸试验。结果表明:通过挤压变形及动态再结晶,可以显著的细化镁合金的晶粒,其晶粒尺寸可由铸态的约100μm减少到5μm;随变形温度的升高,合金的抗拉强度下降,到一定温度后,趋于稳定;在相同的变形程度下,随着变形温度的升高,晶粒有长大的趋势。