高应变速率下TB6钛合金在绝热剪切带内的晶粒瞬间细化机制

采用分离式霍普金森压杆装置对TB6钛合金帽型试样进行室温动态加载试验,通过微观组织表征技术对绝热剪切带内的微观结构特征进行观察,研究高应变速率下TB6钛合金绝热剪切带内的晶粒瞬间细化机制。TEM观察结果表明:绝热剪切带中晶粒的瞬时细化是三种机制共同作用的结果。第一种机制是由于位错的快速运动、增殖以及塞积促使晶粒内部产生应力集中现象,最终在此现象的作用下形成裂纹、断裂以及细晶;第二种机制是通过增大晶粒内部的颈缩程度迫使细晶形成;在转动态再结晶机制的作用下,绝热剪切带的中心区域形成100nm的细小等轴晶。

脉冲电流对高速冲击下2A10铝绝热剪切带作用规律研究

材料在高速冲击下产生绝热剪切带,电辅助电磁成形技术通过在试样变形同时通入电流可增强材料塑性变形能力,但脉冲电流对绝热剪切带的作用规律目前尚不明晰,制约了材料在超高速冲击环境下的应用。该文设计了一种偏轴长杆箍件试样,通过脉冲功率源和电磁斥力盘开展了2A10铝合金在极端多物理场环境下即电流密度为10^(8)~10^(9) A/m^(2),应变率≥10^(4)/s的动态变形特性研究。对试样进行金相处理后可观测到材料微观特征的演化过程,对比不同条件下微观特征分布得到了极端多物理场条件下电流密度对材料动态变形的作用规律。结果表明,施加电流后裂纹和绝热剪切带的长度减少,且长度随电流密度增大而逐渐减少。

预制孪晶对AZ31镁合金绝热剪切敏感性的影响

为了分析不同孪晶体积分数对材料绝热剪切敏感性的影响,预制具有不同孪晶体积分数的AZ31镁合金。采用分离式霍普金森压杆在200℃、944 s^(-1)条件下对AZ31镁合金帽状试样进行高速冲击试验,采用电子背散射衍射仪和光学显微镜对试样在高应变速率变形前后的微观组织进行观察,计算了试样发生绝热剪切时的吸收能量,比较了绝热剪切带内外的显微硬度。结果表明:不同孪晶体积分数试样内均产生了绝热剪切带,随着孪晶体积分数的增加,绝热剪切带宽度和吸收能量减小,而绝热剪切敏感性增大。

电弧增材制造不锈钢动态加载绝热剪切带内组织研究

绝热剪切失效是增材制造金属材料在高应变率载荷下的重要失效方式。使用电火花从冷金属过渡电弧增材技术制备的316L不锈钢单壁上沿着制造方向和扫描方向割出动态加载圆柱试样(尺寸为φ4 mm×4 mm)。采用分离式霍普金森杆对增材制造316L试样在应变率4 000到6 000 s^(-1)下加载至绝热剪切状态,研究了其动态剪切变形行为特别是剪切带内微观组织特征结构。不同应变率动态加载下,电弧增材制造316L不锈钢的动态应力首先由于应变硬化而增大,随后绝热剪切热软化与应变硬化的平衡导致了动态变形最后阶段的应力平台效应。绝热剪切带中亚晶经历了动态再结晶过程,具有与基体完全不同的等轴晶形貌,晶粒尺寸大约在200~300 nm。动态剪切复杂热力过程导致剪切带内的亚晶形成了双重织构,既有与基体一致的沿着压缩方向的<110>丝织构,也有与宏观剪切方向相关的晶体学织构,即(111)沿着宏观剪切面,<112>沿着宏观剪切方向。不同剪切带的等轴亚晶都有大量残余Σ3 60°晶界,同时存在与基体相同的孪生织构,可以证明孪生再结晶是绝热剪切带内亚晶主要的动态再结晶机制。宏观绝热剪切带发展路径沿着压缩面35°的对称路径发展,这除了符合动态加载下试样中最大应变和热场分布的外加物理条件,还符合剪切面(111)与基体(110)面交角为35.2°的晶体学条件。此外,基体中存在大量微观局部变形带来承载应变,微观局部变形带内亚晶也具有与基体孪晶组织不同的位向和形貌。

应变速率对TB6钛合金绝热剪切敏感性的影响

在室温下采用分离式霍普金森压杆对TB6钛合金帽型试样进行动态加载,研究了应变速率对TB6钛合金绝热剪切敏感性的影响。结果表明,应变速率1950~2510 s^(-1)时,4组试样均表现出明显的应变硬化效应;在绝热温升作用下,4组试样均发生热塑失稳形成绝热剪切带;受冲击载荷和材料晶粒尺寸影响,基体和绝热剪切带之间的过渡区域变形梯度不明显;热剪切带内100 nm等轴晶的形成是旋转动态再结晶机制作用的结果。通过观察金相、表征绝热剪切敏感性及计算扩展能发现,TB6钛合金绝热剪切敏感性随应变速率增加而增加。

TC21钛合金的动态力学性能及绝热剪切行为

利用分离式霍普金森压杆对TC21钛合金进行动态压缩实验,分析了其动态力学性能,并观察了其动态压缩后的组织,重点研究了绝热剪切带的演变过程。结果表明,TC21钛合金在动态压缩的过程中,随着应变率的增加,塑性变形阶段可以吸收更多的能量,微孔洞及微裂纹沿着绝热剪切带形成并且扩展长大,最终形成裂纹,导致剪切破坏。TC21钛合金在动态压缩中的变形过程主要以滑移的方式进行,所以在其真应力-真应变曲线中整体表现为硬化现象。TC21钛合金的绝热剪切带在宏观上呈一条明显的白色亮带,在微观组织上绝热剪切带内具有明显的流线状组织。

试样形状对轴承钢绝热剪切带微观组织的影响

绝热剪切带(ASB)的微观组织受试样几何形状的影响。对圆柱、帽形和剪切压缩型三种不同形状的试样进行分离式霍普金森压杆高速冲击试验,研究试样形状对轴承钢绝热剪切带的形成和微观组织的影响。结果表明,在应变率为1800~3100 s^(-1)的范围内,材料对应变率的敏感性很低。圆柱试样呈现明显的应变硬化,而帽形试样和剪切压缩型试样(SCS)在不同应变率下分别出现应变硬化和无应变硬化的特征,但流变应力并未因应变硬化而提高。试样形状对ASB的微观形貌和组织有很大影响。圆柱试样上产生了窄且细长的ASB,只发生了应变诱发的晶粒细化,属于形变ASB;帽形试样和SCS则形成大片状的ASB,由等轴晶组成,且发生了体心立方体(BCC)马氏体转变为面心立方体(FCC)奥氏体的相变,属于相变ASB。尤其是SCS中ASB的等轴晶,有非常清晰的晶界,是典型的动态再结晶晶粒。温升计算结果显示,圆柱试样ASB的温升远低于奥氏体相变温度,而帽形试样和SCS的温升高于马氏体的熔点,导致局部熔融。

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 Ｊｏｈｎｓｏｎ－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（微裂纹和绝热剪切带）和破坏形式有重要影响．

TC6钛合金不同组织绝热剪切带的形成机理

采用分离式Hopkinson Bar技术对TC6钛合金等轴组织及网篮组织试样进行了动态剪切试验,通过光学显微镜、扫描电镜及透射电镜研究了TC6钛合金2种组织绝热剪切带的形成机理。结果表明:由于组织状态不同,其绝热剪切带的形成机理也不同;等轴组织绝热剪切带的形成是位错增殖、运动及塞积的结果,而网篮组织绝热剪切带的形成则是动态再结晶的结果。

冶金因素影响绝热剪切带形成的金相观察

对在相同爆炸复合条件下几种不同状态的金属所产生的绝热剪切带(ASB)的显微组织进行了观察及显微硬度测定,探讨了不同的相组成、预变形程度和晶体结构对绝热剪切带形成的影响。结果表明:ASB的形态、大小和数量受材料的预冷变形程度、成分、晶体结构、相组成等因素的影响;ASB的硬度值均高于基体。

Ti-6Al-4V合金绝热剪切带的演化

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术,对双态组织和片层组织Ti-6Al-4V合金帽形试样进行动态加载实验,通过控制加载时间(50,60和80μs)来研究绝热剪切带随时间的演化过程。微观分析结果表明:两种组织中绝热剪切带的宽度有一个发展过程,随着入射波加载时间的延长,绝热剪切带逐渐变宽;当加载时间为60μs时,两种组织钛合金中的绝热剪切带演化过程相同,均是在剪切应力下微观组织的拉长、细化和碎化;当加载时间为80μs时,双态组织中绝热剪切带的演化过程仍然是带内晶粒的进一步细化,而片层组织中的绝热剪切带中可能发生了动态再结晶。绝热剪切带演化过程的不同导致了绝热剪切带宽度的差异。

TC6钛合金绝热剪切带不同发展阶段的精细结构

采用分离式Hopkinson Bar技术对TC6钛合金进行动态剪切试验,通过光学显微镜、扫描电镜及透射电镜研究TC6钛合金绝热剪切带不同发展阶段的精细结构及其形成机制。结果表明:在高应变率下,材料绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程,TC6钛合金绝热剪切带在不同发展阶段的精细结构有很大的不同,从萌生到完全发展,塑性变形剧烈程度逐渐增大,位错在TC6钛合金绝热剪切带的形成中起到非常重要的作用。

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GuduruP等人的测试结果和LiShaofan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TimothySP和HutchingsIM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 。

高速侵彻装甲钢绝热剪切带特性研究

用Φ14 5mm口径滑膛弹道枪发射 7 6mm口径 93W穿甲弹 ,对 2Π高强度钢靶板进行穿甲侵彻试验 .回收到了完整的冲塞 ,是典型的冲塞破坏 .冲塞的发生以绝热剪切破坏为主 ,靶板中残留的剪切带比较宽大 ,由弹孔表面向靶板内延伸 ,呈网状分布 ,易造成碎块的脱落 ,另外 ,绝热剪切带的形成与塑性力学静载下滑移线的形成密切相关 。

高强度钢中绝热剪切带的组织和硬度

测量了高强度钢中绝热剪切带的硬度，观察了绝热剪切带的微观组织形貌，研究了钢的碳当量和基体硬度对绝热剪切带组织和硬度特征的作用．结果表明：绝热剪切带易形成于高硬度钢中，但其硬度却与基体硬度无关，而仅取决于钢中的碳当量．绝热剪切带的硬度特征和带中细小、非变形组织形态等实验结果支持了高强度钢中绝热剪切带为相变带的观点．

装甲钢板中绝热剪切带的特征

测量了碳含量（质量分数，％）分别为 ０．２４， ０．２８； ０．３０， ０．３９和 ０．４４的 Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ装甲钢板基体、变形区及绝热剪切带的显微硬度，观察绝热剪切带形貌和微观组织结构、结果表明：随硬度升高，绝热剪切带的数量增多．绝热剪切带的硬度远高于基体及淬火态试样的硬度，其硬度随碳含量变化的规律与淬火态试样随碳含量变化的规律一致．绝热剪切带微观组织是由非常细小的马氏体板条构成的，未观察到绝热剪切带内部析出碳化物相．可以认为，高硬度装甲钢板中绝热剪切带的硬化可分为碳和合金元素的固溶强化、变形亚结构的相变遗传和组织细化三个部分．

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(英文)

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。

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。

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 4 5°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 .4 7,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。

Mg-Gd-Y系合金中绝热剪切带的特征

通过弹道冲击试验和高温Hopkinson Bar压缩试验研究了Mg-Gd-Y系合金的绝热剪切行为。利用光学显微镜对试验后试样的组织进行观察。结果发现,该合金在两种试验条件下形成两种绝热剪切带。弹道冲击过程中形成的剪切带在光学显微镜下呈白亮色,平均宽度约为10μm,属于白亮带,带内组织的显微硬度明显高于周围基体。白亮带只能在稳定塑性侵彻阶段形成;整个高温Hopkinson Bar压缩过程中只在T=735 K时形成较明显的塑性变形带。远离绝热剪切带源点的裂纹的形成主要是由平行于剪切方向的孪晶引起的。