应力波载荷作用下金属材料的应力应变行为及显微组织研究

摘要

利用Hopkinson压杆实验装置对国产管线钢和自制镁合金进行了冲击实验,分析了X70管线钢和Mg-Al(AZ91)合金高应变率变形过程中的组织演变及其动态应力-应变行为的应变率效应.同时,利用改变试样几何的方法改变材料的受力分布,对圆柱形和哑铃型试样进行了动态冲击压缩比较试验,重点讨论管线钢的受力状态对材料变形的影响.分析了淬火X70管线钢在高应变率下产生的局部剪切变形带和负应变率效应.结果表明:(1)在应变率高达10<'3>s<'-1>条件下,铁素体板条内形成了大量的位错胞亚晶结构,随应变率增加,铁素体组织显著细化,从而使X70管线钢产生了显著的增强增塑现象.与轧制态相比较,860℃淬火热处理后因铁素体板条内位错密度有所降低产生了更强的应变硬化与增塑效应.(2)在10<'2>s<'-1>~10<'3>s<'-1>应变率下,随应变率提高,AZ91合金在铸态和固溶及时效处理后的应力-应变曲线均呈现出先升高而后下降的双重性,亦即:在相同应变时,随应变率提高,AZ91合金在三种状态下的流变应力均先提高而后降低.α-Mg基体的加工硬化、β-Mg<,17>Al<,12>相和Mg-Al-Mn相的强化是该合金应力-应变曲线随应变率提高而升高的根本原因,孔洞或裂纹的产生与发展则是其应力-应变曲线随应变率提高而下降的主要原因.(3)在子弹速度为25m/s的高速冲击载荷作用下,X70管线钢的绝热剪切不敏感性是相对的,受力条件对管线钢材料的损伤(裂纹和变形带)有重要影响.(4)以马氏体组织为主的水淬火态X70管线钢的材料内部损伤的率相关演化在扮演主导性弱化角色的时候,材料表现出反向应变率效应.在应变率高达2.5×10<'3>s<'-1>变形条件下,水淬火态X70管线钢产生了局部剪切形变带,并且带内及周围都出现了孔洞,带内硬度明显增加.

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2材料性能评价中的加载速率

1.3 Hopkinson压杆冲击实验

1.4高应变率下材料的应力-应变行为

1.5高应变率下材料的应变率效应

1.5.1高应变率下材料的正向应变率效应和反向应变率效应

1.5.2高应变率下材料的塑性和应变率的关系

1.5.3高应变率下材料的剪切破坏特性

1.6本文的研究工作

第二章Hopkinson压杆实验原理

2.1引言

2.2 Hopkinson压杆测试系统及其工作原理

2.2.1 Hopkinson压杆测试系统的安装与调试

2.2.2 SHPB实验装置的工作原理

2.2.3数据采集、记录与处理

2.2.4应变信号的标定

2.3材料动态应力-应变关系的测定

2.4 SHPB实验装置使用中应注意的一些问题

2.5材料动态实验装置的功能简介

2.6本章小结

第三章高应变率下X70管线钢的应力-应变行为

3.1引言

3.2实验材料及其热处理

3.3高应变率下X70管线钢的变形特性与微观机制

3.3.1 X70管线钢应力-应变行为的应变率效应

3.3.2 X70管线钢的显微组织演变与变形机制

3.4本章小结

第四章高应变率下AZ91合金的应力-应变行为

4.1引言

4.2实验材料及其热处理

4.3 AZ91合金的高应变率变形特性

4.4 AZ91合金的显微组织及其对变形行为的影响

4.5本章小结

第五章高应变率下X70管线钢产生的形变剪切带

5.1引言

5.2实验材料及其热处理

5.3高应变率下X70管线钢剪切带的形成

5.3.1 X70管线钢冲击加载比较实验

5.3.2高应变率下X70管线钢的反向应变率效应与剪切带的形成

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

附录A

附录B