Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金低温动态压缩性能研究

采用铜模喷铸法制备Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金,通过分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金进行室温(25℃)和液氮温度(–196℃)条件下的高应变率加载动态压缩测试,结合S-4800型扫描电镜(SEM)对压缩试样断口进行观察,对比在室温和液氮温度下Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金动态压缩性能及其断口形貌特征的差异。结果表明:Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金室温动态压缩时,随应变率提高抗压强度无明显变化,没有应变率硬化效应。在液氮温度动态压缩时,抗压强度随着应变率提高有较大幅度增加,存在应变率硬化效应。液氮温度时的动态抗压强度明显高于室温动态抗压强度。Ti40Zr25Ni8Cu9Be18块体非晶合金室温动态压缩为剪切断裂,微观形貌上出现脉状花样和剪切带,剪切带诱发了裂纹的形成,裂纹沿着剪切带扩展。液氮温度下断口微观形貌有解理台阶和河流花样。室温动态断裂过程中,局域应变集中产生塑性变形;液氮温度下压缩动能转化的热量大部分被抵消,削弱了绝热剪切作用。     

试样尺寸对镁基块体金属玻璃压缩力学行为的影响

研究试样直径和高径比对3种镁基块体金属玻璃Mg65Cu25Gd10、Mg65Cu20Ni5Gd10和Mg75Ni10Gd10压缩变形行为的影响,探讨镁基块体金属玻璃断裂模式的转变机制。压缩应力—应变曲线和断口扫描电镜观察结果表明:镁基块体金属玻璃Mg65Cu25Gd10、Mg65Cu20Ni5Gd10和Mg75Ni10Gd10在压缩条件下可在3个不同的变形阶段发生断裂,第1个是弹性变形阶段,在此变形阶段金属玻璃都以解理方式断裂,无塑性;第2个变形阶段的断裂为解理和剪切混合方式断裂,金属玻璃具有一定的剪切塑性变形;第3个变形阶段为稳定剪切锯齿塑性流变阶段,在此变形阶段金属玻璃都是以剪切方式断裂,具有稳定的塑性变形;镁基块体金属玻璃的断裂模式与尺寸有关,减小试样的直径和高径比都有利于块体金属玻璃由解理断裂向剪切断裂的转变,强度和塑性也相应地得到提高。     

AlCoCrFeNi高熵合金在冲击载荷下的动态力学性能

利用INSTRON准静态实验机和分离式霍普金森压杆系统对AlCoCrFeNi高熵合金在应变速率为1×10~(-4)s~(-1)～2.5×10~3s~(-1)内进行压缩实验。研究了AlCoCrFeNi高熵合金在高应变速率范围内的动态力学行为。利用扫描电镜观察试样在不同应变速率下破坏断口的微观形貌;利用透射显微镜对压缩后的变形试样进行分析。研究了不同应变速率下该合金的变形机理。结果表明,室温下AlCoCrFeNi高熵合金具有明显的加工硬化行为。随着应变速率的提高,合金表现出显著的正应变速率强化效应,并且在高应变速率时具有很强的应变率敏感性。AlCoCrFeNi高熵合金在准静态和动态压缩下的断口形貌均为韧脆混合的准解理断裂特征,并且其塑性变形方式均为位错滑移。     

块体非晶合金绝热升温与锯齿流变机制

对Zr41．2Ti13．8Ni10Cu12．5Be22．5块体非晶合金压缩条件下的力学行为进行了研究,利用应变能理论,以面积比(As／A)为参量,计算出了流变过程中剪切带形成时变形区域的温度,变化规律结果表明：随着变形的增大,弹性应变能增加,形成剪切带时的温度逐渐升高,当剪切带面积比As／A值小于1／4时,升高的温度将达到或超过玻璃转变温度,导致变形区域粘度降低,从而促进剪切带继续扩展并导致最终断裂．此局部温度变化规律揭示了块体非晶合金锯齿流变直至断裂的机制．     

纯锆的动态力学行为及绝热剪切带

使用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对纯锆在室温下进行动态压缩实验,应变速率为800～4000 s-1。采用金相显微镜和Quanta200型扫描电子显微镜对绝热剪切带及压缩断口进行观察。结果表明,纯锆具有较低的应变速率敏感性,由于高应变条件下产生了高密度的孪晶,材料硬化显著增强,真应力-真应变曲线随应变增加呈上升趋势,最大抗压强度为843 MPa。纯锆试样中观察到明显的绝热剪切带,且沿剪切带出现裂纹,压缩断口呈韧性断裂。绝热剪切带的出现和发展是材料失效的主要原因。对剪切带内部的温度进行了估算,结果表明,纯锆剪切带内部最高温度为1564℃。     

单向拉伸与压缩时粗晶纯锌的形变及损伤行为

对具有密排六方（hcp）结构的粗晶纯锌（纯度为99.995%）试样进行单向拉伸与压缩实验,研究其形变及损伤行为。用金相显微镜和扫描电镜对试样的表面变形形貌以及断口形貌进行观察。结果表明：单向拉伸试样塑性很差,只有当应变速率很小时才表现出一定的塑性,在形变过程中几乎没有滑移系开动,只有少量孪晶产生,断口主要以解理断裂为主;单向压缩试样的塑性远优于相同应变速率下的拉伸试样,不同压缩量试样的形变与损伤方式略有不同,主要有孪生（包括二次孪晶）、滑移和裂纹的形成等;晶界在不同载荷下也有不同的表现。     

Al/Mg层状复合材料动态压缩行为及影响因素

利用Hopkinson压杆实验装置对轧制复合制备的Al／Mg层状金属复合材料进行动态压缩试验，分析了动态压缩应力-应变响应特征以及不同轧制工艺对应力-应变关系的影响。结果表明，在约10^3s^-1。应变率时，Al／Mg层状金属复合材料应变率强化效应与动态热软化效应表现明显；随轧制压下率增大，材料流变应力降低；轧制温度对Al／Mg复合材料应力-应变曲线影响较大，流变应力变化规律不明显；轧后经300℃、1h退火后Al／Mg复合材料流变应力降低。镁合金断口形貌表现出解理裂纹等脆性断裂特征，伴有热软化效应产生的韧窝状撕裂棱；铝合金断口形貌主要表现为沿晶的脆性断裂并伴随晶间化合物的破断。     

初生α相含量对TC4 ELI钛合金动态应力应变行为的影响

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对低间隙Ti-6Al-4V(TC4 ELI)钛合金中4种初生α相含量不同的等轴组织在不同应变速率(2 000、3 000和4 000 s 1)下进行动态压缩试验,通过动态压缩试验得到材料的动态真应力—应变(σ—ε)曲线,并利用金相显微镜(OM)等对试验后发生剪切失效破坏试样的端面进行观察分析。结果表明:随着初生α相含量的增加,TC4 ELI的平均动态流变应力、均匀动态塑性应变和冲击吸收功(E)的变化规律不明显,在4 000 s 1应变速率加载条件下,4组试样均发生剪切失效破坏,在失效试样的端面观察到几乎呈同心的圆弧形白亮绝热剪切带(ASB),部分剪切带发生分叉,裂纹在剪切带内形核、长大和聚合,最终导致试样断裂。     

冲击载荷下AZ31镁合金的断裂行为

采用霍普金森压杆技术对AZ31镁合金进行室温下应变速率为1 000~3 000s-1的高速冲击,利用光学显微镜和扫描电镜对断裂试样的微观组织和断口形貌进行分析。结果表明,随着应变速率的增加,材料的断裂趋势增加,材料主要表现为沿晶断裂和穿晶断裂的混合断裂方式,断口形貌具有典型的准解理断裂特征;孪晶和晶粒边界是裂纹扩展源,孪生和裂纹在变形过程中存在竞争关系。     

纯锆的压缩变形行为

利用材料试验机和SHPB装置研究了常态下纯锆的静、动态压缩宏观力学性能。塑性变形阶段的流变应力及硬化率随应变率提高而增大,应变10％～20％段应力-应变曲线表现出凹向上趋势。金相观测表明,孪生是纯锆的重要变形机制,孪晶密度随应变及应变率的增长而增大。大应变时,动态压缩试样侧面观测到与压缩轴呈45°度的宏观裂纹。试样纵向剖开后,金相观测到发展的绝热剪切带。     

塑性Zr-Cu-Fe-Al-Y非晶合金及其力学性能

报道了系列具有大塑性变形能力的Y微合金化Zr-Cu-Fe-Al-Y非晶合金。该系列合金在压缩变形条件下,塑性应变量可达8.3%,最高的屈服强度、断裂强度分别为1750、1900MPa。压缩应力-应变曲线呈现明显的锯齿状流变现象,压缩试样表面存在大量剪切带,试样断口呈典型的非晶脉状断口形貌。在变形试样的高分辨电镜分析中没有发现任何结晶相存在。计算显示,该系列非晶合金具有较大的泊松比值,其中(Zr0.58Cu0.24Fe0.08Al0.10)99Y1的泊松比为0.335。这表明大的泊松比是该系列非晶合金具有大塑性变形能力的物理原因之一。     

无压浸渗制备Si3N4/Al-AlN复合材料的动态性能

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对无压浸渗制备的Si3N4/Al-AlN复合材料进行不同应变速率下的动态压缩实验,并与准静态压缩实验相比较;利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了复合材料的相组成和断口形貌.结果表明:Si3N4/Al-AlN复合材料的准静态压缩强度和断裂应变均高于动态压缩,分别达到1 748MPa和10.87%;在动态压缩中,当应变率从740提高到1 850,压缩强度稍有提高,断裂应变则增大1倍,达到7.6%,具有明显的应变率效应.准静态压缩中复合材料发生粉碎性解体而动态压缩中主要为劈裂,断裂面平整;微观断裂机制为解理脆断和韧性撕裂,随着应变率增加,断口上韧性撕裂形貌增加.复合材料内Si3N4与Al-Mg合金熔体的置换反应产物AlN相的大量存在是复合材料在高应变率冲击压缩载荷下显现由脆至韧转变的重要原因.     

高应变率下铀铌合金的断裂组织特征

对经过内部爆破加载后产生的U-Nb合金破片进行了断口形貌、金相组织等微观分析。结果表明：U-Nb合金在爆炸加载下的断裂方式为剪切断裂；破片组织内部发现因高速应变引起的大量的绝热剪切带，靠近绝热剪切带的基体晶粒发生明显的拉长变形：破片中存在大量的微裂纹，裂纹沿着绝热剪切带扩展，当与沿壳体环向的拉应力形成的纵向主裂纹相交汇时，形成破片。     

AN INVESTIGATION OF QUASI-CLEAVAGE FRACTURE IN STEEL

本文试图探讨准解理断裂的本质。联系多晶材料的典型应力一应变曲线,对不同钢的断裂韧度试样的断口分析表明,准解理断裂可以看作是一种过渡的断裂机制。首先,一系列微观解理裂纹在高拉伸应力集中地方生核,然后这些裂纹各自沿着它本身已变形晶粒的解理面上扩展,最后借助于微观塑性聚合方式,这些微裂纹彼此连接。根据上述断裂模型可以认为:解理裂纹与塑性变形间的相互作用是准解理断裂的一种重要性质。借助于断口定量分析方法,有可能把断口形貌和一些力学参数间关系建立起来。     

准解理断裂的本质

本文试图探讨准解理断裂的本质。联系多晶材料的典型应力一应变曲线,对不同钢的断裂韧度试样的断口分析表明,准解理断裂可以看作是一种过渡的断裂机制。首先,一系列微观解理裂纹在高拉伸应力集中地方生核,然后这些裂纹各自沿着它本身已变形晶粒的解理面上扩展,最后借助于微观塑性聚合方式,这些微裂纹彼此连接。根据上述断裂模型可以认为:解理裂纹与塑性变形间的相互作用是准解理断裂的一种重要性质。借助于断口定量分析方法,有可能把断口形貌和一些力学参数间关系建立起来。     

焊接接头高应变率下的动态断裂韧度分析

对采用Hopkinson气炮加载－Charpy V形冲击试样试验方法对焊接接头高应变率下的动态断裂韧度数据进行了分析研究，通过对试样断口形貌、冲击吸收功、断裂韧度及其影响因素进行分析，表明在高应变率加载条件下，焊接接头冲击试样断口形貌有特殊的表现，延伸带或钝化区的尺寸大小反映了裂纹萌生前的塑性变形大小，也反映了裂纹萌生功的变化趋势。同时说明焊接接头在高速动态冲击载荷作用下，其断裂韧度参量受组配强度、冲击速度及环境温度等因素影响显著，焊接热影响区的断裂韧度值关系到焊接接头断裂韧度的好坏。     

不同片层厚度TC4合金的原位拉伸变形行为

将TC4合金加热到相变点以上,经不同冷却方式冷却后获得了不同厚度的α相片层组织,用扫描电镜观察了不同片层厚度TC4钛合金在室温下的原位拉伸变形过程;使用原子力显微镜和激光共聚焦显微镜分别观察了拉伸变形后的滑移情况和断口的3D形貌。结果表明:TC4钛合金在热处理过程中,冷速越快,α片层越薄;在塑性变形阶段,厚薄两种片层组织中的滑移剪切带与拉伸方向呈大约45°角;拉伸加载初期,微裂纹萌生于试样缺口处,随着载荷的增加次生裂纹易产生于α/β相界,然后相互连接形成主裂纹;厚片层试样中裂纹主要沿相界和穿层的方式扩展,薄片层试样中裂纹扩展主要以穿层方式为主;厚片层试样的拉伸断口中存在着较多解理面以及撕裂棱,主要是解理断裂,而薄片层试样断口中有少量韧窝和解理面,主要是准解理断裂。     

U-Ti合金的动态压缩性能及剪切特征

采用分段式霍普金森杆(SHPB)及材料试验机测试200 ℃时效4 h的U-Ti合金在室温下的动静态压缩力学性能,采用扫描电镜和金相显微镜分析U-Ti合金动态压缩后的绝热剪切特征.结果表明,U-Ti合金是应变速率敏感材料,产生了应变速率强化效应;当应变速率为3600 s-1时,U-Ti合金已经发生45°剪切断裂;当应变速率达到5000 s-1时,U-Ti合金剪切断裂的同时产生烧蚀变形,剪切断口上出现塑性金属的韧窝特征;当应变速率为7300 s-1时,U-Ti合金45°剪切断面上出现了重熔现象.     

剪应力状态下6061铝合金的力学性能及断裂行为

对设计的拉伸剪切试样和原位拉伸剪切试样分别进行不同剪应变率下的拉伸剪切试验及原位拉伸剪切试验,研究6061铝合金在剪力状态下的力学性能及断裂行为,并用有限元软件ABAQUS对铝合金在剪应力状态下的断裂行为进行模拟。结果表明:随着剪应变率的增大,6061铝合金的剪切屈服强度和抗剪强度基本保持不变,但剪切断裂应变明显减小;剪应变率对试样的断口形貌没有影响;6061铝合金晶界是其最薄弱环节,在拉伸剪切过程中铝合金试样表面上产生了大量与拉伸方向平行的滑移带;微裂纹在剪应力作用下形核于与拉伸方向平行的滑移带和晶界,随着剪应力的增加,微裂纹长大和扩展;微裂纹之间通过剪切而连接导致试样断裂;6061铝合金剪切断裂行为可以用Johnson-Cook模型进行描述。     

细晶富铝Al/Fe复合材料动态力学性能及本构关系

利用分离式霍普金森杆对通过热压烧结法制备得到的细晶富铝Al/Fe复合材料进行了动态力学性能测试,得到了应变率为100~2300 s-1范围内材料的应力-应变曲线,并与准静态条件下(0.01 s-1)的力学性能作了对比。结果表明:随着应变率增加,材料强度提高,塑性下降,应变率为2300 s-1时的屈服强度与弹性模量分别为准静态时的7.8和2.3倍。对材料断口形貌进行了分析,断裂方式由脆性解理断裂、沿晶断裂和韧窝断裂共同组成。根据试验所得数据,构建了改进型一维弹脆性损伤本构模型,得到了试样断裂失效前的动态本构方程及式中参数的率相关特性。改进后的本构模型与实验数据吻合良好。