【摘要】： 二戰(zhàn)以來，特別是二十世紀九十年代以來，地域局部戰(zhàn)爭的爆發(fā)，加劇了對各種攻擊型武器及其防護結構更高性能的要求。各種武器的戰(zhàn)斗部以及戰(zhàn)艦、飛行器、地下掩體等材料的性能研究更引起材料、冶金和力學工作者極大的重視。隨著人類對太空的不斷探索，不僅在太空材料方面，同樣要求在國防、航空航天和民用等方面廣泛被應用的結構材料能夠在各種極端的環(huán)境，例如，高速碰撞、高溫變形、大的塑性變形等條件下具有良好的性能。這樣，一方面要求不斷開發(fā)性能優(yōu)異的新材料，另一方面需要深入理解和了解在極端環(huán)境下材料的性能，為實際工程應用提供不可缺少的基礎。BCC多晶體金屬和主要呈現(xiàn)BCC結構特征的合金，由于它們通常具有較高的熔點、良好的熱傳導性、高的斷裂韌性、相對好的抗腐蝕和可焊接性等特性，因而一直得到研究者的關注。但BCC金屬的性能強烈的依賴于溫度、變形率和自身的微觀結構。在本文中通過大量系統(tǒng)的試驗研究和分析，意在揭示BCC金屬材料在很寬溫度范圍、很寬應變率范圍和大變形下的塑性流動行為。主要內(nèi)容有：材料動態(tài)性能的測試技術、材料在不同溫度不同應變率下的塑性流動特征和變形機理、本構關系的研究。其具體研究方法和內(nèi)容如下： (1)材料動態(tài)性能的測試技術�；诮觊_展的三種多晶體鉭(Ta)金屬材料、船用Nitronic-50結構鋼和三種鎢合金動能彈材料的性能研究，和以往積累的大量試驗研究，重點開展用分離式Hopkinson壓桿實現(xiàn)高溫高應變率的耦合試驗技術，對低應變率不同溫度下的試驗是借助電子萬能試驗機或常規(guī)的液壓伺服試驗機，通過這些綜合的試驗技術可實現(xiàn)應變率從10~(-4)／s到10~4／s、溫度從77K到1100K，應變超過70％的金屬材料塑性流動性能的試驗研究。 (2)材料在不同溫度不同應變率下的塑性流動特征和變形機理研究。利用(1)中的試驗技術，測試三種不同工藝的Ta金屬材料、船用Nitronic-50結構鋼和三種鎢合金動能彈材料在單軸壓縮下的性能，然后結合積累的大量試驗結果，分析BCC金屬材料在應變率從10~(-4)／s到10~4／s、溫度從77K到1100K，應變超過50％的塑性流動的規(guī)律、所呈現(xiàn)的變形特征。通過金相分析探索BCC金屬塑性流動的變形機理。 (3)本構關系的研究。結合BCC金屬材料在不同溫度不同應變率下的塑性流動性能，分析塑性流動的規(guī)律和所呈現(xiàn)的變形特征，基于位錯克服各種障礙和勢壘的熱激活滑移機制，以及基于位錯運動學和動力學概念，建立一個具有物理意義的統(tǒng)一熱粘塑性本構關系。介紹這些材料參數(shù)的意義，給出BCC金屬塑性流動的具體本構模型，介紹試驗確定本構關系中參數(shù)的方法，通過試驗結果與本構關系的對照驗證本構關系的準確性。 通過本文的研究，主要結論和成果為： (1)本文所給出具有二次應力波抑制技術的分離式Hopkinson壓桿連同本文所建立的氣動同步機構，可以測試金屬材料應變率最高到約30，000／s、溫度可達到1，100K、塑性應變超過70％的材料動態(tài)應力應變曲線，應變率和高溫的耦合試驗測試。 (2)經(jīng)對BCC金屬大量試驗結果分析，本文發(fā)現(xiàn)這些BCC金屬的塑性流變應力對應變率和溫度非常敏感，，但加載歷史對流變應力的影響較��；在低的應變率下，出現(xiàn)第三類動態(tài)應變時效現(xiàn)象，隨應變率的增加，動態(tài)應變時效應力峰值將移至更高溫度區(qū)或消失。 (3)通過分析發(fā)現(xiàn)在BCC多晶體及其主要呈現(xiàn)BCC結構特征的合金材料中幾乎都發(fā)生第三類動態(tài)應變時效(DSA)現(xiàn)象，且DSA啟動并不需要預先的應變積累。DAS出現(xiàn)的區(qū)域取決于溫度和變形率兩者的共同因素，當應變率增加時，DSA出現(xiàn)的區(qū)域會移向更高的區(qū)域。這個DSA的產(chǎn)生機理為：當溫度和應變率共同達到某一臨界條件時，溶質(zhì)原子沿著大量聚集的林位錯通過管擴散在運動位錯核迅速的和連續(xù)不斷的形成溶質(zhì)氣團，對運動位錯構成連續(xù)不斷的牽制或拘留，為了克服這類障礙，導致流動應力曲線隨應變增加連續(xù)的上升。 (4)BCC金屬在塑性流變中具有的機制和特征有：低應變率下的剪切、高應變率下絕熱剪切、變形孿晶的產(chǎn)生，當溫度較高溫時，BCC材料會呈現(xiàn)粘塑性拖-曳現(xiàn)象。 (5)推導出適合金屬材料塑性流動的統(tǒng)一本構模型，模型的推導結合了固體熱力學、材料學、冶金學和力學等學科的知識，物理意義明確。通過試驗結果與模型結果的比較，所建立的BCC本構模型與試驗結果吻合較好，證明本文所給出的本構模型是合理、可信的。
【圖文】：

2.2.1晶體結構中的點缺陷點缺陷包括有空位、添隙原子和置換原子。在金屬晶體結構中，當原子從晶體結構的晶格正常位置失去后便形成空位，如圖2.1(A)所示，材料中空位數(shù)隨。曰、、、�？诠ぁ；�。、，。、。、廿、二、、________，一Q、_。;。二萬二。曰。nL丈又乒百刀目」二決光丁日炎義)乙‘比人兄1豐，多女7丈力只J戈刀:nv=n七蓋Pf二二二二2，刀2〔日U」1.戈盡丸又、丫閃巳K1熱焙、R是氣體常數(shù)、了是絕對溫度，從此式可知升高溫度導致空位數(shù)增加。而當額外的原子處在溶劑(組成材料的基體)非正常的點陣空隙位置，便形成添隙或也稱間隙原子

金屬晶體結構中的面缺陷主要包括有晶界和各組分材料的外表面。在每個晶粒/晶胞中，其晶體結構是相同的，但如果它們的晶向變?yōu)椴煌�，在晶粒之間便形成晶界，圖2.3(A)是結構鋼A16一XN經(jīng)侵蝕后的金相照片。其中白色和黑色晶粒表示鐵素體和珠光體，它們之間的分解即為各表面的交線。而在白色或黑色晶粒內(nèi)的條帶為孿生晶的生成，這歸結于晶向不同。晶向不同之間的晶界是一個很窄的區(qū)域，在此區(qū)域原子間隔比較紊亂，圖2.3(B)給出了晶界的示意圖。(A)(B)圖2.3(A)結構鋼A16一XN經(jīng)侵蝕后的金相照片，(B)晶界的示意圖
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TG14

【引證文獻】

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本文編號：2709131