固溶態(tài)AM60B鎂合金高速撞擊變形及損傷行為.pdf

1、本文研究了固溶態(tài)AM60B鎂合金高速撞擊條件下的變形及損傷行為。采用火藥炮、一級(jí)輕氣炮和二級(jí)輕氣炮進(jìn)行高速撞擊試驗(yàn)，研究了不同撞擊速度和不同碰撞副下鎂合金靶板的成坑過程；通過光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等分析手段對(duì)高速撞擊條件下彈坑附近不同深度、不同區(qū)域的變形組織進(jìn)行了表征；同時(shí)利用顯微壓痕、霍普金森壓桿和熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)撞擊后彈坑附近材料的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試，并利用原位拉伸試驗(yàn)研究了高速撞擊誘發(fā)的缺陷對(duì)主裂紋擴(kuò)展過程的影響

2、規(guī)律。
　　研究表明鋼彈/鎂靶碰撞副的成坑過程不同于鋁彈/鎂靶碰撞副。隨著撞擊速度的增加，鋼彈/鎂靶碰撞副形成的彈坑形貌經(jīng)歷了球冠形→半球形→圓柱形+半球形→半球形過渡，而鋁彈/鎂靶碰撞副在撞擊成坑過程中彈坑形貌由球冠形逐漸過渡到半球形。在彈道撞擊速度范圍內(nèi)，彈坑深度是鋼彈/鎂靶碰撞副的主要侵徹形式，而彈坑體積是鋁彈/鎂靶碰撞副的主要侵徹形式。當(dāng)撞擊速度達(dá)到超高速撞擊時(shí)，彈坑體積是鎂合金靶板的主要侵徹方式，與碰撞副的類型無關(guān)。高速

3、撞擊的成坑過程明顯不同于準(zhǔn)靜態(tài)壓縮成坑，撞擊成坑過程所消耗的彈丸動(dòng)能始終大于準(zhǔn)靜態(tài)壓縮成坑所做到的功，且隨著彈坑深度的增加，兩者的差距增大。撞擊成坑過程計(jì)算表明撞擊瞬間彈靶接觸界面形成的沖擊波壓力和溫升隨著撞擊速度的增加顯著增大，當(dāng)撞擊速度達(dá)到5000m/s，形成的沖擊波壓力超過材料強(qiáng)度2個(gè)數(shù)量級(jí)，沖擊波溫升超過材料的熔點(diǎn)，甚至沸點(diǎn)。撞擊成坑過程中撞擊方向上的材料承受了最嚴(yán)重的動(dòng)態(tài)變形，45°撞擊方向的材料次之，垂直撞擊方向上的材料變形

4、程度最輕。
　　彈坑周圍變形組織研究表明撞擊方向上變形組織分布區(qū)域最寬，45°撞擊方向上分布次之，垂直撞擊方向上變形組織分布最窄，形成了橢球狀組織分布。隨著撞擊速度的增加，彈坑周圍變形組織的分布區(qū)域均有展寬的現(xiàn)象。相近撞擊速度下，鋼彈/鎂靶碰撞副彈坑周圍變形組織的分布區(qū)域?qū)捰阡X彈/鎂靶碰撞副。彈道撞擊條件下，彈坑周圍的變形組織可劃分為三個(gè)區(qū)域：高密度孿晶區(qū)、中等密度孿晶區(qū)和低密度孿晶區(qū)，而超高速撞擊條件下，彈坑周圍出現(xiàn)了細(xì)晶區(qū)，其

5、變形組織可劃分為四個(gè)區(qū)域：細(xì)晶區(qū)、細(xì)晶+高密度孿晶區(qū)、高密度孿晶區(qū)和低密度孿晶區(qū)，其中低密度孿晶區(qū)貫穿整個(gè)30mm厚的靶板。由于高速撞擊可在彈坑底部提供梯度性的應(yīng)變、應(yīng)變速率載荷變化，通過彈坑周圍不同區(qū)域變形組織的表征，揭示了彈坑附近細(xì)晶的形成過程，建立了彈坑附近細(xì)晶形成的物理模型。
　　絕熱剪切帶研究表明高速撞擊條件下絕熱剪切帶的形成需要一定的臨界撞擊速度，隨著撞擊速度的增加，彈坑附近材料經(jīng)歷了均勻塑性變形→應(yīng)變局部化(形變帶)

6、→白色侵蝕帶(轉(zhuǎn)變帶)→裂紋的演化過程，即形變帶和轉(zhuǎn)變帶是不同變形階段、變形程度的產(chǎn)物。通過轉(zhuǎn)變帶在兩種侵蝕劑下呈現(xiàn)的光學(xué)形貌發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)變帶的光學(xué)形貌與侵蝕劑的類型密切相關(guān)，因而基于光學(xué)顯微鏡下白色侵蝕的特征來辨別轉(zhuǎn)變帶的類型存在一定偏差。高速撞擊條件下彈坑附近材料由于應(yīng)變局部化的差異，一定撞擊速度下彈坑附近可同時(shí)形成形變帶和轉(zhuǎn)變帶。形變帶內(nèi)部以嚴(yán)重變形、碎化的晶粒為主，而轉(zhuǎn)變帶內(nèi)部以細(xì)小等軸的再結(jié)晶晶粒為主。孿生和位錯(cuò)滑移在轉(zhuǎn)變帶內(nèi)部細(xì)

7、晶的形成過程中起著重要的作用。高速撞擊條件下鎂合金轉(zhuǎn)變帶內(nèi)細(xì)晶的形成應(yīng)歸結(jié)于孿晶誘發(fā)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制。
　　彈坑附近典型的微觀結(jié)構(gòu)研究表明高速撞擊條件下鎂合金中主要形成了{(lán)}2110拉伸孿晶和{}1110壓縮孿晶，孿生方向分別為1011<>和1012<>。高的應(yīng)力應(yīng)變水平、低的臨界剪切應(yīng)力、小的切變量是兩類變形孿晶形成的主要原因。高速撞擊條件下彈坑附近超細(xì)晶Mg晶粒內(nèi)部存在高密度的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)滑移是超細(xì)晶Mg晶粒進(jìn)一步塑性變

8、形的主要方式。高速撞擊條件下彈靶界面材料在沖擊高溫、高壓的共同作用下形成了多種與熔化相關(guān)的微觀組織，如鋁晶粒、鎂鋁化合物以及非晶組織。非晶組織的形成是熔化、快速凝固的結(jié)果。
　　撞擊后彈坑附近材料的力學(xué)性能研究表明隨著撞擊速度的增加，撞擊后彈坑附近材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度逐漸增大，而材料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度在一定的撞擊速度下存在極大值。鋼彈/鎂靶碰撞副撞擊后彈坑附近材料達(dá)到最大動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的臨界撞擊速度為590m/s，鋁彈/鎂靶碰撞副為250