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。     

AISI4340钢的绝热剪切与动态失效准则

绝热剪切是材料在高应变率加载下的一种典型破坏模式,绝热剪切带的激发和演化过程依赖一定的应变率应变等力学条件。通过对AISI4340钢的绝热剪切细观机理分析,提出了包含应变率效应的动态失效准则。针对ZRR问题分别应用静态和动态失效准则。计算结果表明:静态失效准则下材料的破坏模式以整体塑性变形为主;而动态失效准则下材料发生绝热剪切破坏,且表现出明显的剪切带高度局域化特征。     

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.     

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。     

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。     

热挤压钨合金动态力学性能及破坏规律研究

采用热挤压工艺对94.9W-3.4Ni-1.6Fe-0.1Co合金进行形变强化,沿与挤压棒材轴向呈0、45、90°夹角方向取试样进行动态压缩性能试验,对试验后的试样进行微观分析,测试挤压后钨合金的显微硬度。试验结果表明:热挤压钨合金具有纤维状的微观组织特征,屈服强度和塑性呈现明显的各向异性,挤压过程中粘结相的强化效果较钨颗粒明显;热挤压钨合金的绝热剪切敏感性呈现各向异性,垂直于纤维组织方向绝热剪切敏感性最高,平行于纤维组织方向绝热剪切敏感性较低;挤压后钨合金裂纹易于在钨颗粒内部萌生和扩展。     

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。     

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。     

穿甲侵彻过程中靶板内绝热剪切带特性及形成原因分析

发射小口径脱壳穿甲弹,对30CrMnMo钢装甲靶板产生的绝热剪切带特性及形成原因进行了分析。结果表明：在开坑和冲塞阶段,不产生绝热剪切带;在稳定的侵彻阶段,可达到绝热剪切带需要的应变量,从而产生绝热剪切带,并呈稀疏状分布,与侵彻方向大约成45°夹角。在本试验条件下,产生绝热剪切带的临界剪应变大约为0.47,临界温度大约为391℃．产生绝热剪切带后,在剪切带内变形增大且不均匀,将产生应力应变集中,和周围材料变形不协调,在随后的冷却过程中易产生裂纹。     

绝热剪切带内微孔洞演化规律研究

为深入了解绝热剪切带内微孔洞的演化规律,进而揭示高应变率加载条件下绝热剪切破坏的特殊规律,本文对D35钢进行了约束爆破实验,爆破后回收圆筒的微观观察表明,绝热剪切破坏要经过绝热剪切带内微孔洞形核、长大和相互联接形成裂纹等一系列演化过程.在Guduru P等人的测试结果和Li Shaofan等人数值仿真结果基础上,通过简化(剪切带内的温度分布为由剪切带中心向边缘线性降低,并最终降至与基体温度相同; 微孔洞的形核、长大受温度控制,长大速度随温度呈指数规律降低)对Timothy S P和Hutchings I M的模型进行了修正,修正后的模型可以定量的描述绝热剪切带内微孔洞的演化直至破坏的全过程,模型的描述与微观分析获得的实验结果有较好的一致性.     

锻态电磁纯铁的剪切带和微观组织分析

采用Hopkinson压杆冲击加载装置和帽形试样对锻造态电磁纯铁DT4进行了应变率为103 s-1的冲击压缩试验,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察分析了高速冲击后的电磁纯铁的组织。结果表明,电磁纯铁中的剪切带(ASB)由变形带组成,剪切带内位错密度很低,基体中含有高密度位错。剪切带内没有发生相变。     

动态帽型剪切试样分析及实验验证

对霍普金森帽型试样动态剪切实验及其数据处理开展理论和有限元分析。利用分离式霍普金森压杆对TA2钛合金封闭平板帽型剪切试样进行实验验证,采用数字图像相关法直接测试加载过程试样剪切区的应变演化。结果表明：只要试样设计加载过程试样剪切区应力状态罗德参数μ_σ满足-0.46<μ_σ<0.46条件,即可当作剪切状态处理得到等效应力,其误差不超过3.4%;帽型剪切试样实验处理得到的等效应力-应变本构曲线与圆柱动态压缩本构实验结果符合较好,并且剪切曲线可反映出材料发生绝热剪切起始、扩展演化以及破坏的“软化”过程。     

镁合金靶板在球形弹丸侵彻过程中的破坏分析

借助光学显微镜和扫描电镜等研究了Mg-Gd-Y系合金靶板在高速侵彻过程中的破坏形式,并对侵彻过程作了进一步的分析。结果表明,不同的侵彻阶段对应不同的破坏形式。在开坑和层裂阶段,靶板的破坏形式以微裂纹的形核与扩展为主;而在稳定塑性侵彻阶段,靶板的破坏形式则主要表现为绝热剪切带的形成与扩展。该合金在高速侵彻过程中背部自由面会发生多层层裂,各层破片的断口形貌有所不同。最外层破片由中心平坦区和边缘粗糙区组成,而内层破片则主要由平坦区组成。其中平坦区断口表现为准解理特征,而粗糙区断口则主要由细小的解理面组成并伴随有二次裂纹。通过对层裂破片和常规冲击断口的断口形貌进行对比发现,高速冲击载荷作用下镁合金表现出更大的塑性。     

30CrMnSiA绝热剪切带显微观察与分析

采用分离式霍普金森装置对30CrMnSiA的片式帽型试样进行动态剪切,利用光学显微、扫描电镜、透射电镜、显微硬度等金相分析方法对材料绝热剪切带的微观结构演化过程进行分析。研究发现,随着加载应变率的增大,剪切带发生由形变带到转变带的变化趋势,转变带呈"白亮"色,带内由尺寸约为50 nm的低位错、等轴晶粒组成,这是典型的再结晶晶粒特征。转变带形成过程可分为剪切变形、晶粒细化、晶粒断裂旋转、动态再结晶4个阶段。     

装甲板弹坑底部冠状裂纹的观测与分析

发射小口径杆式穿甲弹对30CrMnMo装甲钢板进行穿甲侵彻嵌入试验,并.对靶板弹坑剖面进行扫描电镜观测及能谱分析。装甲板弹孔底部剖面除了产生绝热剪切带外,还观测到弹坑底部下面深1?2mm处形成一条或几条冠状裂纹。无论穿甲弹芯是钨合金还是钨纤维复合材料,弹坑底部均产生冠状裂纹。侵彻过程中,弹体破坏变形局部化和弹芯头部材料不断销蚀,造成弹、靶接触区域局部瞬间不均匀卸载,卸载波相互作用可形成局部围绕弹坑底部的冠状裂纹。冠状裂纹与绝热剪切带在局部区域交汇,构成穿甲侵彻过程中装甲钢板破坏的前期模式。     

穿甲弹用新型钨合金材料的研究

试验采用粉末冶金的方法,用合金钢粉的包覆粉作为主要粘结相,设计制备了新型穿甲弹战斗部用钨合金材料。对该合金进行了微观组织分析和力学性能检测。结果表明:室温抗拉强度为790 MPa,延伸率为9.0%,满足了作为穿甲弹战斗部材料基本的力学性能要求;在应变为0.32、应变率为3 600 s-1的条件下,合金在最大剪应力方向上出现了剪切带的特征。     

氟聚物基活性材料动态压剪实验研究

针对典型聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)(质量分数73.5%/26.5%)氟聚物基活性材料,开展不同应变率、不同温度下的准静态、动态压缩实验;基于不同预设剪切带宽度的帽状试样,开展不同应变率下的动态压剪实验。准静态(应变率10^-3 s^-1)及不同应变率(3×10³～7×10³ s^-1)、不同温度(20℃,100℃,150℃,200℃)条件下的动态压缩实验表明,PTFE/Al活性材料是一种典型的弹塑性材料,具有显著应变硬化、应变率强化和热软化效应。不同宽度(500μm, 300μm, 100μm)预设剪切带帽状试样动态压剪实验表明,剪切带宽度不同导致的局部温升和热效应对材料动态压剪力学响应及材料参数影响显著。     

高速冲击下A1-5.9CU合金的微观形变组织研究

Al-5. 9Cu合金经过495 m/s穿甲燃烧弹侵彻后,弹坑底部呈现锯齿状,形成了两种形变带,一种与滑移带有相似的形貌,另一种与晶体的流态变形方向平行,弹坑侧壁形成剪切带以及撕裂性形变带。在809 m/s穿甲燃烧弹的冲击条件下,形成了螺旋状和涡流状的剪切带。两种冲击速度下,弹坑周围都形成了大量的微带。分析认为,在高速冲击压力下,产生了局部应力集中,位错的极化,中部位错的湮灭,以及形成了二次位错,最终形成微带组织。