鈦及鈦合金中絕熱剪切帶微觀結(jié)構(gòu)演化及其集體行為研究.pdf

1、本文在國家自然科學(xué)基金(絕熱剪切形變過程晶粒瞬間細(xì)化的微觀機(jī)制，編號(hào)50471059)和教育部博士點(diǎn)基金(絕熱剪切形變中的微觀結(jié)構(gòu)演化機(jī)制，編號(hào)20020533015)的資助下，開展的主要工作如下： 首次采用SEM/EBSD技術(shù)測(cè)定了絕熱剪切變形后絕熱剪切帶(ASB)內(nèi)的微觀織構(gòu)、并借助TEM直接研究了ASB內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，剪切帶內(nèi)形成了高度伸長(zhǎng)的亞晶和低位錯(cuò)密度的細(xì)小等軸晶，并形成了再結(jié)晶織構(gòu)；剪切帶內(nèi)的晶界是大角度的

2、幾何相關(guān)晶界。采用有限元方法獲得了設(shè)定邊界條件下ASB內(nèi)的有效應(yīng)變和溫度的分布，結(jié)果表明，ASB內(nèi)的溫度為889.1～953.9K(～0.48T<,m>)。結(jié)合對(duì)微觀結(jié)構(gòu)和微觀織構(gòu)的觀測(cè)，并耦合數(shù)值模擬結(jié)果，構(gòu)建了亞晶定向旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型，同時(shí)進(jìn)行了再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)驗(yàn)算。ASB的微觀結(jié)構(gòu)演化過程為：在變形階段剪切帶中形成拉長(zhǎng)的位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)和亞晶、拉長(zhǎng)亞晶破碎形成細(xì)小的亞晶單元、亞晶界旋轉(zhuǎn)最終形成細(xì)小的再結(jié)晶晶粒；在上述變形階段伴隨有不穩(wěn)定的

3、剪切織構(gòu)通過定向形核產(chǎn)生再結(jié)晶織構(gòu)的過程；在冷卻階段ASB內(nèi)的細(xì)小等軸晶不會(huì)發(fā)生明顯地長(zhǎng)大。 利用分離式霍普金生壓桿(SHPB)技術(shù)對(duì)新型鈦合金TC16的帽形試樣進(jìn)行了動(dòng)態(tài)加載。選用Johnson-Cook本構(gòu)方程描述了TC16合金的動(dòng)態(tài)本構(gòu)行為，并利用非線性最小二乘法獲取了其相關(guān)參數(shù)，從而獲得了TC16合金的動(dòng)態(tài)本構(gòu)方程。采用OM、顯微硬度、SEM和TEM等技術(shù)觀測(cè)了TC16中ASB內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)和相變情況。將動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)與絕熱

4、溫升的計(jì)算公式相結(jié)合，描述了ASB形成過程中的熱/力演變歷程。從而闡釋了TC16中ASB內(nèi)的相變規(guī)律和微觀結(jié)構(gòu)演化過程。 首次量化分析了TA2/Q235爆炸復(fù)合板界面TA2側(cè)大量ASBs的集體行為。由界面萌生的ASBs的長(zhǎng)度、間距和軌跡具有周期性和有組織的特征。構(gòu)建了預(yù)測(cè)和定量描述爆炸復(fù)合板界面ASBs的平均間距和軌跡的模型。結(jié)合軌跡模型與間距模型，構(gòu)建了爆炸復(fù)合界面ASBs的分布函數(shù)。基于軌跡模型，獲得了一個(gè)簡(jiǎn)單地計(jì)算爆炸復(fù)合

5、界面ASB擴(kuò)展速率的方法。并討論了外加載荷條件和材料參數(shù)對(duì)于剪切帶間距、軌跡、分布以及擴(kuò)展速率的影響。 利用金屬管壓爆組合實(shí)驗(yàn)裝置研究了TA2管在外爆壓縮條件下的ASBs。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ASBs由管的內(nèi)壁萌生，裂紋沿著剪切帶擴(kuò)展。剪切帶尖端的生長(zhǎng)通常沿著最大剪切應(yīng)力方向。在TA2管橫截面上，大多數(shù)ASBs為逆時(shí)針螺旋狀分布。同時(shí)也觀察到了一些特殊的剪切帶形貌，比如分叉、匯集、交叉和“N”形等。充分生長(zhǎng)的剪切帶內(nèi)易于發(fā)生微孔洞的形