收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

固溶态AM60B镁合金高速撞击变形及损伤行为

邹东利  
【摘要】:本文研究了固溶态AM60B镁合金高速撞击条件下的变形及损伤行为。采用火药炮、一级轻气炮和二级轻气炮进行高速撞击试验,研究了不同撞击速度和不同碰撞副下镁合金靶板的成坑过程;通过光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等分析手段对高速撞击条件下弹坑附近不同深度、不同区域的变形组织进行了表征;同时利用显微压痕、霍普金森压杆和热模拟试验机对撞击后弹坑附近材料的力学性能进行了测试,并利用原位拉伸试验研究了高速撞击诱发的缺陷对主裂纹扩展过程的影响规律。 研究表明钢弹/镁靶碰撞副的成坑过程不同于铝弹/镁靶碰撞副。随着撞击速度的增加,钢弹/镁靶碰撞副形成的弹坑形貌经历了球冠形→半球形→圆柱形+半球形→半球形过渡,而铝弹/镁靶碰撞副在撞击成坑过程中弹坑形貌由球冠形逐渐过渡到半球形。在弹道撞击速度范围内,弹坑深度是钢弹/镁靶碰撞副的主要侵彻形式,而弹坑体积是铝弹/镁靶碰撞副的主要侵彻形式。当撞击速度达到超高速撞击时,弹坑体积是镁合金靶板的主要侵彻方式,与碰撞副的类型无关。高速撞击的成坑过程明显不同于准静态压缩成坑,撞击成坑过程所消耗的弹丸动能始终大于准静态压缩成坑所做到的功,且随着弹坑深度的增加,两者的差距增大。撞击成坑过程计算表明撞击瞬间弹靶接触界面形成的冲击波压力和温升随着撞击速度的增加显著增大,当撞击速度达到5000 m/s,形成的冲击波压力超过材料强度2个数量级,冲击波温升超过材料的熔点,甚至沸点。撞击成坑过程中撞击方向上的材料承受了最严重的动态变形,45°撞击方向的材料次之,垂直撞击方向上的材料变形程度最轻。 弹坑周围变形组织研究表明撞击方向上变形组织分布区域最宽,45°撞击方向上分布次之,垂直撞击方向上变形组织分布最窄,形成了椭球状组织分布。随着撞击速度的增加,弹坑周围变形组织的分布区域均有展宽的现象。相近撞击速度下,钢弹/镁靶碰撞副弹坑周围变形组织的分布区域宽于铝弹/镁靶碰撞副。弹道撞击条件下,弹坑周围的变形组织可划分为三个区域:高密度孪晶区、中等密度孪晶区和低密度孪晶区,而超高速撞击条件下,弹坑周围出现了细晶区,其变形组织可划分为四个区域:细晶区、细晶+高密度孪晶区、高密度孪晶区和低密度孪晶区,其中低密度孪晶区贯穿整个30 mm厚的靶板。由于高速撞击可在弹坑底部提供梯度性的应变、应变速率载荷变化,通过弹坑周围不同区域变形组织的表征,揭示了弹坑附近细晶的形成过程,建立了弹坑附近细晶形成的物理模型。 绝热剪切带研究表明高速撞击条件下绝热剪切带的形成需要一定的临界撞击速度,随着撞击速度的增加,弹坑附近材料经历了均匀塑性变形→应变局部化(形变带)→白色侵蚀带(转变带)→裂纹的演化过程,即形变带和转变带是不同变形阶段、变形程度的产物。通过转变带在两种侵蚀剂下呈现的光学形貌发现,转变带的光学形貌与侵蚀剂的类型密切相关,因而基于光学显微镜下白色侵蚀的特征来辨别转变带的类型存在一定偏差。高速撞击条件下弹坑附近材料由于应变局部化的差异,一定撞击速度下弹坑附近可同时形成形变带和转变带。形变带内部以严重变形、碎化的晶粒为主,而转变带内部以细小等轴的再结晶晶粒为主。孪生和位错滑移在转变带内部细晶的形成过程中起着重要的作用。高速撞击条件下镁合金转变带内细晶的形成应归结于孪晶诱发的旋转动态再结晶机制。 弹坑附近典型的微观结构研究表明高速撞击条件下镁合金中主要形成了{1012}拉伸孪晶和{1 0 11}压缩孪晶,孪生方向分别为 1011和 1012。高的应力应变水平、低的临界剪切应力、小的切变量是两类变形孪晶形成的主要原因。高速撞击条件下弹坑附近超细晶Mg晶粒内部存在高密度的位错结构,位错滑移是超细晶Mg晶粒进一步塑性变形的主要方式。高速撞击条件下弹靶界面材料在冲击高温、高压的共同作用下形成了多种与熔化相关的微观组织,如铝晶粒、镁铝化合物以及非晶组织。非晶组织的形成是熔化、快速凝固的结果。 撞击后弹坑附近材料的力学性能研究表明随着撞击速度的增加,撞击后弹坑附近材料的动态屈服强度逐渐增大,而材料的动态抗压强度在一定的撞击速度下存在极大值。钢弹/镁靶碰撞副撞击后弹坑附近材料达到最大动态抗压强度的临界撞击速度为590 m/s,铝弹/镁靶碰撞副为2500 m/s。超过临界撞击速度,撞击后材料的动态抗压强度随着撞击速度的继续增加而降低。随着与弹坑边沿距离的增加,撞击后材料的动态屈服强度逐渐降低,而材料的动态抗压强度则存在临界变形程度,超过临界值时,材料的动态抗压强度在弹坑底部一定距离上存在极大值。原位拉伸试验研究表明撞击诱发的微裂纹、微孔洞、绝热剪切带及孪晶界是主裂纹形核和扩展的主要路径,大量缺陷的形成降低了材料抵抗继续变形的能力。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG146.22

知网文化
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 高超;AZ31镁合金及Zr702高速撞击损伤行为研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
2 周凯;铝硅合金轧制过程有限元模拟及实验研究[D];哈尔滨理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘新芹,王富耻,王琳,路永胜;钢中绝热剪切带的动态损伤演化[J];兵器材料科学与工程;2004年03期
2 杨勇彪;王富耻;谭成文;才鸿年;;镁合金动态力学行为研究进展[J];兵器材料科学与工程;2008年03期
3 纪伟;范亚夫;;镁合金靶板在球形弹丸侵彻过程中的破坏分析[J];兵器材料科学与工程;2009年02期
4 孙庚辰,董家祥,张志深,朱清敏,郭瑞萍;金属靶材料密度对抗弹性能影响的实验研究[J];兵工学报;1993年04期
5 孙庚辰,谈庆明,赵成修,葛学真;金属厚靶的超高速碰撞开坑实验[J];兵工学报;1994年01期
6 谭成文,王富耻,李树奎,苏铁建;绝热剪切带内微孔洞演化规律研究[J];兵工学报;2004年02期
7 杨勇彪;王富耻;谭成文;吴园园;才鸿年;;不同取样方向AZ31B镁合金应变率效应[J];兵工学报;2008年11期
8 ;In-situ observation on the deformation behaviors of Fe-Mn-C TWIP steel[J];International Journal of Minerals Metallurgy and Materials;2009年06期
9 杨素媛;才鸿年;王富耻;;动态加载条件下细晶镁合金的组织特征及形成机制[J];北京理工大学学报;2009年02期
10 徐天平 ,王礼立 ,卢维娴;高应变率下钛合金Ti-6Al-4V的热-粘塑性特性和绝热剪切变形[J];爆炸与冲击;1987年01期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 宋波;AM60镁合金的稀土改性及摩擦磨损行为研究[D];吉林大学;2006年
2 管公顺;航天器空间碎片防护结构超高速撞击特性研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
3 汪冰峰;钛及钛合金中绝热剪切带微观结构演化及其集体行为研究[D];中南大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 孙兵兵;某船体钢弹板侵彻行为研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
2 王晓丽;机械合金化制备镁基非晶合金[D];兰州理工大学;2004年
3 熊俊;爆炸复合界面内非(纳米)晶及ASB内组织形成机制[D];中南大学;2004年
4 田政;稀土添加及固溶处理对AM60镁合金组织及力学性能的影响[D];吉林大学;2006年
5 杨春花;镁合金塑性变形中孪生的研究[D];湖南大学;2006年
6 张庭凤;压铸工艺对AM60B镁合金组织和性能的影响[D];兰州理工大学;2007年
7 苏燕铃;孪生在镁合金塑性变形中的作用[D];南京理工大学;2007年
8 周铖;Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(wt.%)合金力学性能及变形孪生研究[D];南京理工大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙建运;李国强;;动力荷载作用下固体材料本构模型研究的进展[J];四川建筑科学研究;2006年05期
2 辜文杰;李刚;谢云;;结构抗冲击设计的泰勒理论修正及计算机模拟[J];四川建筑科学研究;2008年02期
3 聂保新;乔军;张永彬;张庆丰;陈敏;;粗晶粒铸轧AZ31镁合金的高温拉伸性能[J];辽宁科技大学学报;2011年05期
4 徐阳;王忠军;朱晶;王昭静;;退火工艺对Mg-4Zn-1.5RE合金显微组织的影响[J];辽宁科技大学学报;2011年06期
5 王琳,王富耻,王鲁,才鸿年;空心弹体侵彻金属靶板的数值模拟和实验研究[J];兵器材料科学与工程;2001年06期
6 刘新芹,王富耻,王琳,路永胜;钢中绝热剪切带的动态损伤演化[J];兵器材料科学与工程;2004年03期
7 常志宇;宋顺成;;钨合金材料绝热剪切带的有限元分析[J];兵器材料科学与工程;2005年06期
8 肖盼;刘天模;;AZ61B镁合金热模拟挤压变形的研究[J];兵器材料科学与工程;2006年04期
9 范长刚;董瀚;时捷;刘燕林;雍岐龙;翁宇庆;;低合金超高强度钢的绝热剪切带分析研究[J];兵器材料科学与工程;2006年04期
10 李淑华;王富耻;谭成文;张红松;陈志永;;锻态电磁纯铁的剪切带和微观组织分析[J];兵器材料科学与工程;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 栗建桥;宋卫东;宁建国;;超高速撞击立方体卫星数值模拟研究[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
2 李桂花;周风华;;金属带板中绝热剪切带传播速度的数值模拟研究[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
3 陈祖权;薛寒松;邵兴洲;吴发杰;王开;;Zr对Mg-Gd-Y合金组织与力学性能影响[A];2012(第22届)重庆市铸造年会论文集[C];2012年
4 方异锋;龙思远;曹韩学;廖惠敏;;横浇道几何形态对镁合金挤压铸造流态影响的数值研究[A];2012(第22届)重庆市铸造年会论文集[C];2012年
5 黄婷;杨林;任玉艳;林立;刘正;;退火处理对室温压缩AZ91镁合金显微组织及硬度的影响[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
6 刘春;崔爱端;;钆镁合金中氟量的测定——水蒸汽蒸馏-分光光度法[A];第十三届全国稀土化学分析学术研讨会论文集[C];2011年
7 李强;张超逸;于宝义;花福安;李建平;谢水生;;AZ31镁合金冷轧管材道次间退火工艺与再结晶动力学研究[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
8 李强;王珊珊;花福安;李建平;曲迎东;谢水生;程磊;黄国杰;;AM50镁合金板材的拉伸过程介观应变各向异性研究[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
9 戚文军;黄正华;郑开宏;张新明;刘敏;余志明;黄志其;;Gd对ZK60变形镁合金组织与力学性能的影响[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
10 毛萍莉;刘正;王长义;王峰;;挤压态AM30镁合金高速冲击载荷下的失效形式及断裂形貌分析[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄西成;内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析[D];中国工程物理研究院;2010年
2 张忠;固体炸药冲击起爆的物质点法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 果春焕;动态断裂试样受力状态及其对J积分影响的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 刘晓兰;镁合金化学转化膜成膜机理及其载波改性的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 徐开东;镁合金高能表面强化研究[D];华中科技大学;2010年
6 宫旭辉;高温环境下α+β钛合金的动态拉伸力学行为—测试、分析与表征[D];中国科学技术大学;2010年
7 武淑艳;固相再生AZ31B镁合金的组织性能及氧化相表征[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 张红霞;AZ31B镁合金及其TIG焊焊接接头疲劳断裂行为及评定研究[D];太原理工大学;2010年
9 崔泽琴;AZ31B镁合金脉冲激光加工行为的研究[D];太原理工大学;2011年
10 王长义;高应变速率下镁合金的动态力学行为及变形机制[D];沈阳工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘娇娇;Mg-Ho基合金的组织与性能研究[D];河南理工大学;2010年
2 贺睿;AZ81基稀土镁合金组织与腐蚀性能的研究[D];河南理工大学;2010年
3 李含建;SiC_p/AZ91D复合材料真空气压浸渗机理及界面结构研究[D];南昌航空大学;2010年
4 梁健能;室内模拟实验研究AZ91D镁合金的腐蚀行为[D];南昌航空大学;2010年
5 任振伟;高压扭转工艺对生物镁锌钙合金组织及性能的影响[D];郑州大学;2010年
6 张颖君;聚苯胺对镁合金环氧防护涂层耐蚀性能的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 黎群霞;一种镁锂合金的热变形研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 李志强;Mg-Li-Zn-RE合金热变形行为研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 胡培;切削过程中工件材料绝热剪切敏感性研究[D];大连理工大学;2010年
10 姚磊;镁锂系合金微合金化及外场控制凝固研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王峰;王快社;马林生;张兵;孔亮;林兆霞;;核级锆及锆合金研究状况及发展前景[J];兵器材料科学与工程;2012年01期
2 孙庚辰,董家祥,张志深,朱清敏,郭瑞萍;金属靶材料密度对抗弹性能影响的实验研究[J];兵工学报;1993年04期
3 谭成文,王富耻,李树奎,苏铁建;绝热剪切带内微孔洞演化规律研究[J];兵工学报;2004年02期
4 马志涛,张伟,贾斌,庞宝君;弹丸超高速撞击半无限厚铝板数值模拟[J];材料科学与工艺;2004年03期
5 M.A.Meyers;;Deformation, Phase Transformation and Recrystallization in the Shear Bands Induced by High-Strain Rate Loading in Titanium and Its Alloys[J];Journal of Materials Science & Technology;2006年06期
6 肖林;密排六方金属的塑性变形[J];稀有金属材料与工程;1995年06期
7 谭晓礼,顾海澄;hcp金属塑性变形与疲劳机理[J];材料研究学报;1996年06期
8 张星;张治民;李保成;;AZ31镁合金动态力学行为实验研究[J];弹箭与制导学报;2007年04期
9 朱毅麟;卫星遭空间碎片撞击的概率有多大?[J];国际太空;2001年11期
10 张伟;马文来;马志涛;庞宝君;;弹丸超高速撞击铝靶成坑数值模拟[J];高压物理学报;2006年01期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 黄道远;热/力作用下钴基硬质合金组织性能变化及相关机理的研究[D];中南大学;2010年
2 马春生;轮式战车用镁合金车轮等温挤旋成形技术及装置研究[D];中北大学;2012年
3 宋欣;压载荷对铝合金疲劳裂纹扩展影响的有限元建模及实验研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
4 黄建科;金属成形过程的细观损伤力学模型及韧性断裂准则研究[D];上海交通大学;2009年
5 汪炳叔;初始取向及变形条件对AZ31镁合金压缩塑性行为影响的研究[D];重庆大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨振宇;高速冲击下材料的增塑效应、变形形态及性能[J];兵器材料科学与工程;1990年01期
2 谭成文,王富耻,李树奎;绝热剪切变形局部化研究进展及发展趋势[J];兵器材料科学与工程;2003年05期
3 刘新芹,王富耻,王琳,路永胜;钢中绝热剪切带的动态损伤演化[J];兵器材料科学与工程;2004年03期
4 杨卓越,赵家萍;硅锰装甲钢破甲弹坑损伤与微观结构关系的研究[J];兵器材料科学与工程;1995年03期
5 孙庚辰,谈庆明,赵成修,葛学真;金属厚靶的超高速碰撞开坑实验[J];兵工学报;1994年01期
6 姜春兰,陈放,李明,马晓青;钨球对陶瓷/铝复合靶的侵彻与贯穿[J];兵工学报;2001年01期
7 张德志,唐润棣,林俊德,张向荣,朱玉荣;新型气体驱动二级轻气炮研制[J];兵工学报;2004年01期
8 谭成文,王富耻,李树奎,苏铁建;绝热剪切带内微孔洞演化规律研究[J];兵工学报;2004年02期
9 李金泉,黄德武,段占强,李守新;穿甲侵彻过程中靶板内绝热剪切带特性及形成原因分析[J];兵工学报;2005年01期
10 ;Adiabatic shear localization evolution for steel based on the Johnson-Cook model and gradient-dependent plasticity[J];Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition);2006年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 曹春平;挤压铸造高强韧镁合金材料的研究[D];重庆大学;2004年
2 张久文;Mg-Al系合金组织性能及超塑性研究[D];大连理工大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 金鑫焱,李双寿,曾大本,唐靖林;Sr对AM60B铸造镁合金晶粒细化的影响[J];铸造;2005年06期
2 曹幸,彭立明,曾小勤,朱燕萍,丁文江;稀土及固溶处理对AM60B合金组织和力学性能的影响[J];机械工程材料;2003年02期
3 曹韩学;龙思远;廖慧敏;邓永涛;;温度对镁合金铸锭压缩变形行为的影响[J];重庆大学学报(自然科学版);2005年12期
4 刘艳改;熊守美;黄朝晖;房明浩;袁建路;;合金元素对AM60B镁合金性能的影响[J];材料科学与工艺;2008年04期
5 袁建路;刘艳改;黄朝晖;;含Sr、Y和Nd的AM60B镁合金浇注与性能研究[J];铸造技术;2005年12期
6 侯滨,黄伟九,陈波水,周仲荣;AZ91D和AM60B镁合金微动图的研究[J];润滑与密封;2004年03期
7 张玉海;;工艺参数对压铸AM60B合金流动性能的影响[J];现代制造技术与装备;2007年05期
8 彭立明,曾小勤,朱燕萍,丁文江;固溶处理对AM60B+xRE及AZ91D+xRE镁合金性能的影响[J];材料研究学报;2003年01期
9 黄伟九,陈安华,侯滨,曾荣昌,周仲荣,孙智富;AM60B镁合金在滑移区的微动磨损行为研究[J];武汉理工大学学报;2004年09期
10 黄伟九,侯滨,庞佑霞,张津,周仲荣;两种压铸镁合金的微动磨损行为研究[J];摩擦学学报;2005年03期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 曹韩学;龙思远;邓永涛;;不同温度下AM60B镁合金铸锭的压缩变形行为研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
2 曹韩学;龙思远;邓永涛;;不同温度下镁合金AM60B压缩变形研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
3 彭立明;曾小勤;朱燕萍;王渠东;丁文江;;一种新型镁合金的开发及其应用[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 邹东利;固溶态AM60B镁合金高速撞击变形及损伤行为[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 张淼;压力作用下AM60B镁合金组织演化及性能研究[D];燕山大学;2010年
2 包蕊;固溶处理对AM60B镁合金半固态组织的影响及决定半固态镁合金组织粗化的因素[D];兰州理工大学;2011年
3 王大宇;薄壁高筋AM60B镁合金结构件铸-锻复合成形研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
4 黄海军;半固态成形AM60B镁合金热处理研究[D];兰州理工大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026