高速冲击载荷下钨骨架／Zr基非晶合金复合材料的变形特征

利用自制高速冲击加载试验装置研究了钨骨架/Zr基非晶合金复合材料的室温变形特征。该复合材料在高速冲击载荷作用下的变形特征主要包括钨骨架碎化、Zr基非晶合金软化且沿钨骨架变形的方向发生流动。在剪切断裂面上不同变形带之间有明显的交界线,这些交界线形成剪切带和裂纹。

Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料的准静态压缩力学行为

通过对Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料进行准静态压缩试验,对其变形及断裂机理等展开研究,为该类材料的成分设计和工程应用提供基础。试件是由Ti基非晶合金与不同孔隙率的SiC陶瓷骨架复合所得,在不同应变速率下,对试样进行室温轴向准静态压缩性能测试,并观察试件的微观组织和断面特征。结果表明:SiC体积分数为85%的复合材料的准静态抗压强度达到2343 MPa,抗压强度随SiC含量增加而增加,在准静态加载的应变率范围内,复合材料及各相的强度对应变率不敏感,断裂特征为典型的脆性断裂;裂纹主要在SiC相和两相界面处扩展,Ti基非晶相对裂纹的扩展起到阻碍作用;SiC相对Ti基非晶相的约束诱发了Ti基非晶相中多重剪切带的形成,提高了材料复合的变形能力,而Ti基非晶相对SiC相的约束导致SiC相碎化严重,增强了复合材料的承载能力。

Ti基非晶合金及其SiC陶瓷骨架复合材料动态压缩力学行为研究

为了验证Ti基非晶合金和陶瓷两种材料三维连通网状结构的复合优势,制备出具有优良抗冲击性能的复合材料,本文采用铜模吸铸法制备了Ti基非晶合金,并用渗流铸造法制备出孔隙率分别为30.86%、18.14%和15.28%的Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料。采用X射线衍射仪对纯Ti基非晶合金以及SiC陶瓷骨架复合材料进行相分析,确认了试件材料的非晶状态;在不同应变速率下,用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对试样进行室温轴向动态压缩力学性能测试,并利用能谱型场发射扫描电镜(SEM)等设备观察了试件的微观组织和断面特征,对比分析了Ti基非晶合金和SiC陶瓷骨架复合材料的动态压缩力学性能和失效机理。研究表明,Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料内部的微裂纹最初萌生于应力集中的两相界面处,并在SiC相内部或两相界面处扩展,继续加载,SiC相失效后,Ti基非晶合金相在远超过其动态压缩强度的应力下迅速失效,复合材料整体失效。SiC相内的断裂形貌主要有微裂纹与解理台阶,Ti基非晶合金相内的断裂形貌有脉状花样、多重脊状条带、蜂窝状花样与光滑无特征区,其中以光滑无特征区为主。复合材料的抗压强度随SiC含量的增加而增加,SiC体积分数为85%的复合材料,其动态抗压强度达到1 664 MPa。

高速冲击载荷下SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料断裂行为研究

利用自制高速冲击加载试验装置(应变率ε>104s-1)研究SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料的室温断裂行为.利用配有能谱(EDX)的扫描电子显微镜(SEM)对冲击前后的SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料作微观形貌分析,对比研究了其高速冲击载荷下(ε>104s-1)与ε为102～103 s-1时断裂行为的差异.结果表明:高速冲击载荷下,三维连通网状SiC骨架/Zr基非晶复合材料中非晶相典型断口形貌为类蜂窝状花样,伴有微孔洞和微裂纹产生,各种花样尺寸均比ε为102～103 s-1时小,白亮边低矮,断口形貌随非晶相尺寸变化发生改变,SiC相以解理断裂为主,部分区域出现SiC碎化.

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。

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。

钨骨架/Zr基非晶合金材料的静态力学行为

利用渗流铸造法制备出直径为8 mm、钨颗粒体积分数达40%的钨骨架/Zr基非晶合金复合材料,在室温下通过电子万能试验机对材料进行静态压缩实验.通过扫描电子显微镜(SEM)技术对复合材料的原始组织和断裂特征、裂纹扩展等情况进行研究.结果表明:材料在静态加载条件下屈服强度不具有应变率效应,其值基本保持不变;材料塑性良好,具有应变强化效应.复合材料断裂模式为一种混合断裂模式,在变形带间交界处发现若干裂纹.非晶基体阻碍钨骨架中裂纹的扩展,钨骨架防止复合材料发生大范围的流变.

Zr基非晶破片对碳纤维复合靶及后效铝靶的侵彻试验研究

Zr基非晶破片是一种新兴的活性高效毁伤元,其着靶速度达到一定阈值时会发生燃烧反应并破碎,从而大幅提高其后效毁伤能力。为研究Zr基非晶破片对碳纤维增强复合材料的侵彻破坏机理及后效毁伤能力,利用弹道枪加载球形破片,分别以496.4~1 085.8 m/s、571.4~1 103.9 m/s的速度范围撞击8和6 mm厚的碳纤维复合靶,并布置2 mm厚LY12铝靶板作为后效靶,以比较破片在不同工况下的后效毁伤能力。实验结果表明:碳纤维靶受活性破片冲击时,其迎弹面的破坏形式主要是压缩失效与剪切失效的耦合破坏,其背弹面的破坏形式主要是拉伸失效破坏与层间的脱粘分裂;随着破片着靶速度的提高,碳纤维靶板的压剪耦合破坏比例逐渐增加,拉伸断裂与分层现象逐渐减弱;破片对于8和6 mm厚碳纤维靶的弹道极限速度分别为351.9、264.6 m/s;相同着靶速度下,8 mm厚碳纤维靶的后效毁伤面积大于6 mm厚碳纤维靶的后效毁伤面积,两者之间的差异随着着靶速度的提高而逐渐减小;破片冲击等厚度碳纤维靶时,破片的后效毁伤能力随着靶速度的提高而增强。

钨丝增强Zr基非晶复合材料动态力学行为及断裂特性

采用渗流铸造法制备出d 6 mm钨丝增强ZrTiCuNiBe非晶合金复合材料,并利用Hopkinson压杆冲击加载装置、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段研究其动态压缩行为及断裂特性。结果表明:随着钨丝直径减小和体积分数的增加,材料的动态压缩强度增大;当钨丝直径为0.25 mm,体积分数为60%时,材料的动态压缩强度高达2 600 MPa,断裂模式为剪切断裂和劈裂混合破坏模式,同时有钨丝与基体发生脱粘现象。非晶基体在动态压缩条件下表现出显著的热软化和熔化特征。

钨丝/锆基非晶合金复合材料的动态力学特性

研究不同体积分数的 W丝 / Zr基非晶合金复合材料的应力 -应变响应和动态断裂特征以及断口形貌 .利用Hopkinson压杆冲击加载装置和扫描电子显微镜 (SEM)以及 X射线衍射 (XRD) ,对圆柱形复合材料试样进行了相关研究 .研究结果表明 :Zr基非晶合金复合材料具有很高的动态压缩强度 ,随着 W丝体积分数的增加 ,材料的动态压缩强度也增加 ,当 W丝体积分数达到 6 0 %时 ,复合材料动态压缩强度达到 2 6 5 0 MPa;断裂表面呈现剪切与 W丝劈裂、屈曲混合破坏模式 ;

制备工艺对多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料准静态压缩性能的影响

利用WDW-E100D型万能试验机和S-4800场发射扫描电镜,研究了不同工艺制备的多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩性能和断口形貌特征.结果表明:制备工艺决定多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩强度,当工艺参数非晶合金浇注温度为860℃,浇注后保温6 min时最佳.多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的准静态压缩断裂为脆性断裂.断口形貌特征主要包括多孔SiC陶瓷产生解理台阶,Zr基非晶合金产生尖脊状、细脉状等不同形态的脉状花样.

W骨架/Zr基非晶合金复合材料破片侵彻能力与后效研究

将W骨架/Zr基非晶合金复合材料破片装入弹体制备成预制破片弹丸,并进行实爆试验,研究W骨架/Zr基非晶合金复合材料预制破片侵彻靶板的能力,以及预制破片贯穿靶板后对棉被、油箱的引燃能力。结果表明:制备的W骨架/Zr基非晶合金复合材料密度大、强度高,爆炸完整性和侵彻能力能够满足作为榴弹预制破片的要求;W骨架/Zr基非晶合金复合材料破片侵彻过程中自身变形是影响侵彻能力的主要原因之一;W骨架/Zr基非晶合金复合材料预制破片侵彻和贯穿靶板的过程中伴随着强烈的爆轰,当穿透率足够高时,预制破片的爆轰作用能够引燃靶后的棉被和油箱。

Zr基非晶合金/W丝复合材料动态断裂模式研究

利用Hopkinson压杆装置(SHPB)和SEM等研究室温下经过不同工艺处理的Zr基非晶合金/W丝复合材料的动态力学性能及断裂模式。结果表明,由工艺4制备的复合材料具有最好的动态压缩性能,在0.8MPa打击压力下,其动态抗压强度达到3965MPa。该复合材料动态压缩断裂模式为混合断裂模式,包括剪切断裂和纵向开裂,W丝呈现劈裂和屈曲特征。

W纤维增强Zr基非晶复合材料的界面研究现状

评述了W纤维增强Zr非晶合金复合材料的界面润湿行为、界面反应和残余应力等研究现状,分析了影响复合材料界面的因素,讨论了控制和优化界面特性的途径和方法。

浸渗温度对W_f/Zr基非晶合金复合材料压缩性能的影响

基于逆向浸渗工艺方法,制取了不同浸渗温度下的Wf/Zr基非晶合金复合材料。研究了此种合金复合材料晶体界面组织形态及其压缩性能和结合强度受浸渗温度的影响。结果表明,在浸渗温度1 100 K的环境下保温30 min制备出的Wf/Zr基非晶合金复合材料的最高压缩强度可达2 409 MPa,其塑性变形程度达到19.5%。

不同温度下2种钨结构增强Zr基非晶合金的动态压缩性能

利用SHPB装置对钨丝增强Zr基非晶复合材料和钨骨架增强Zr基非晶复合材料进行了3种环境温度下多种应变率的动态压缩性能测试。比较了2种材料的动态力学性能,发现二者均具有应变率敏感性和较强的塑性变形能力。但二者承载机制存在较大差异。钨丝增强结构变形主要表现在钨丝的失稳,由数值模拟初步分析了这种局部结构失稳控制的变形以及热失稳现象;钨骨架增强结构变形前期钨骨架起主要承载作用,而不是各成分的共同作用,这导致材料的屈服强度比纯非晶和纯钨的低。

钨丝/非晶复合材料的冲击性能研究

对钨丝增强锆基非晶复合材料在不同温度下的冲击性能进行试验,研究钨丝非晶复合材料的断裂方式,与钨合金比较两者不同的断口形貌。结果表明,钨丝/非晶复合材料冲击韧性低于钨合金,但其受低温影响较小,在-40℃下的冲击功和常温相比基本不变。冲击断口主要有钨丝和非晶基体的剥离,非晶基体的断裂,钨丝的断裂(其中钨丝在横向断裂时有时伴有纵向裂纹)3种断裂方式。

锆基BMG/Cu层状复合材料制备及其力学性能

利用大块非晶在过冷液相区间具有较好的热塑性成形特点,选择锆基非晶Zr60Cu25Al10Fe5和纯Cu,在Zr基非晶过冷液相区内选择合适温度进行热压获得铜/非晶层状复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析仪对该层状复合材料的界面形貌、成分分布以及非晶层的组织稳定性进行了研究,并对所制备的Zr基非晶/Cu层状复合材料室温压缩性能进行测试。结果表明:在温度为693 K,外载荷为150 MPa下,保温90 min,可以制备出Zr基非晶/Cu层复合材料,该复合材料的非晶层没有发生晶化,界面形成了一层原子扩散层,达到了良好的结合,该层状复合材料的压缩强度为850 MPa,并表现出一定的室温塑性,其室温强度满足复合材料的混合定律。

W骨架/Zr基非晶合金复合材料破片的冲击释能特性

W骨架/Zr基非晶合金复合材料是一种新型含能结构材料。采用准密封箱冲击超压实验,研究了W骨架/Zr基非晶合金复合材料的在不同冲击速度下和靶板厚度下的冲击释能特性。并根据温度控制含能结构材料冲击诱发化学反应的热动力学理论,确定了材料的化学反应参数,分析了材料的热化学反应特性。结果表明,材料冲击超压峰值与冲击速度正相关,其激发反应阈值为766m/s,在相同速度下,有使破片靶后释能效率最大化的最优靶板厚度,但在8 mm厚钢靶范围内,前板厚度对冲击释能特性影响不大。材料冲击激发化学反应的冲击压力阈值Pc=18.37GPa,对应的理论温度阈值Tc=3736.6K。材料反应效率随着冲击压力和击波温度的增加而增加,在40 GPa冲击压力范围内,材料并未完全反应,其理论反应效率达到61.5%。

W骨架/Zr基非晶合金复合材料细观胞元重构

采用两点概率函数提取W骨架/Zr基非晶合金复合材料的统计特征并重构代表体积单元。结果显示,两点概率函数可以良好的描述复合材料的微细观几何结构特征,并给出了材料呈宏观各向同性的理论依据;获得的代表体积单元与原材料图像拥有相同的几何特征和仿真分析结论,胞元尺寸仅为原材料SEM图像的2.2%,可有效提高有限元仿真的效率。该研究为W骨架/Zr基非晶合金复合材料的研究提供了途径。