冲击加载下 FeMnNi合金相变和层裂特性实验研究

采用激光速度干涉仪(VISAR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)联合测试技术,利用等厚对称加载和逆向加载实验,研究了Fe MnNi合金的冲击相变和层裂行为。结果发现:加载压力大于6.5 GPa时,Fe MnNi合金样品发生α→ε相变;中心稀疏波的卸载作用使内压力降至4~5 GPa时,Fe MnNi合金样品发生ε→α逆相变,并伴有卸载稀疏冲击波形成。分析Fe MnNi合金样品中塑性波、相变波、稀疏波和稀疏冲击波的传播作用过程,发现加载压力大于其相变应力时,等厚对称加载下Fe MnNi合金存在产生层裂行为的物理机制。     

铁基材料的冲击相变与“反常”层裂研究

冲击相变是冲击波物理的重要组成部分之一,它探索和揭示物质在冲击压缩下结构和物态变化的临界现象和规律。层裂作为冲击载荷作用下材料的一种常见破坏模式,它是材料内部大量微损伤在极短时间内经历了成核、长大、连接演化过程的最终结果,与材料内部拉伸应力波的作用过程密切相关。材料的冲击相变特性强烈影响其层裂行为,如何将二者有机结合,揭示二者的关联机制是目前国内外研究关注的热点。     

Fe基α相合金的冲击相变及其对层裂行为的影响研究

利用正向加载和逆向加载相结合的实验方法,实验研究了从低压到高压三种不同压力范围内Fe基α相合金(Fe-85.03wt%,Mn-7.63wt%,Ni-7.01wt%,Al-0.3wt%)的冲击相变和卸载逆相变历程及对应加载状态的层裂行为特征.给出了Fe基α相合金含冲击相变和卸载逆相变的加卸载Hugoniot线,发现冲击相变阈值、逆相变阈值和冲击加载压力共同决定其冲击加卸载历程,冲击相变强烈影响其层裂行为,导致样品发生了"异常"层裂.利用获得的冲击加卸载历程从应力波相互作用的角度解 关键词： α相合金')" href="#">Fe基α相合金 相变 逆相变 层裂     

FeMnNi合金高压加卸载历程测量和相变层裂分析

 采用VISAR和X光联合测试技术,利用等厚对称和逆向碰撞法测量了FeMnNi合金高压加卸载历程和相变层裂信息。加载过程中,FeMnNi合金样品发生α→ε相转变,相变波速大于塑性波速,在撞击面上相变波与塑性波合并成单一相变波;卸载过程中,FeMnNi合金样品可能发生了逆相变,形成了除合并相变波在自由面反射中心稀疏波R以外的两道卸载波S1和S2。等厚对称高压加载下,FeMnNi合金样品发生了二次层裂。分析中心稀疏波R、卸载波S1和S2在样品中的传播作用过程,发现样品发生冲击相变和卸载逆转变是导致其等厚对称高压加载下发生二次层裂行为的主要原因。     

纯铁和铁基合金楔形样品中的冲击相变研究

 使用平面爆轰波起爆元件起爆TNT炸药,分别对DT2工业纯铁和HR2抗氢钢楔形样品进行了冲击加载实验。在回收样品中,DT2纯铁表现为宏观不规则破坏,而HR2钢仅在样品内部沿加载面约45°角和垂直方向出现了宏观裂纹。通过金相组织观察、显微硬度分布测量,结合数值计算,表明DT2纯铁样品在距加载面约2 mm范围内产生了不完全α-ε相变,在HR2钢中未发生相变。不完全相变可能是导致两种材料宏观破坏特征差异的因素。     

纯铁和铁基合金楔形样品中的冲击相变

2005年，Koflov等对滑移爆轰加载下的楔形纯铁DT-2样品进行了研究，样品仅在斜面部分发生了局部层裂，材料中明显存在不同的几个区域：材料无破坏区域、层裂开始和发展区域、加载表面-高能炸药接触面、满足α-ε相变条件的加载表面邻近区域和初始状态为硼发生高应变率变形的材料区域。但是滑移爆轰加载波系作用非常复杂，无法准确给出各区域宏细观变形破坏所对应的加载应力状态。     

FeMnNi合金冲击相变与卸载逆相变历程研究

采用VISAR测试技术,将正向加载和逆向加载实验相结合,研究了不同加载压力下FeMnNi合金的冲击相变和卸载逆相变历程.结果表明:冲击加载压力与冲击相变阈值之差小于逆相变阈值时,即0＜σp-σt＜σn,FeMnNi合金发生α→ε相变,加载段呈现弹性波、塑性波和相变波三波结构,塑性波在自由面反射稀疏波使FeMnNi合金完...     

AF1410钢的层裂断裂特性研究

 利用一级轻气炮作为加载手段,对AF1410钢的层裂特性进行了研究,获得了AF1410钢的Hugoniot关系、塑性应变率、层裂强度以及层裂片厚度等动态力学参数。对回收的AF1410钢样品进行了断口分析和金相分析,从宏、微观角度分析了AF1410钢在不同应变率下的断裂特性。     

磁驱动飞片加载下纯铁的冲击相变和层裂特性

使用磁驱动装置CQ-4发射紫铜飞片对纯铁样品进行一维平面应变加载,采用高精度激光位移干涉仪(DPS)记录飞片和样品的自由面速度历史。结果显示,当纯铁样品在加、卸载过程中有αε相变发生时,样品的层裂强度达到3.4GPa,比已报道的未发生相变的纯铁的层裂强度(1.2~1.9GPa)有明显提高,其原因可能是纯铁材料在经历αε可逆相变时,内部晶格产生了大量的位错。通过分析样品的自由面速度历史,判断出样品发生了自由面浅表层裂现象。在对飞片和样品中的应力波系进行分析时,若只考虑塑性波和相变波在界面的反射稀疏波与飞片传入样品靶中的稀疏波之间的相互作用,将无法解释实验观测到的自由面浅表层裂现象,因此该现象可能与纯铁样品在逆相变过程中产生稀疏冲击波有关。     

材料层裂研究的主要进展

层裂是一种重要的动态损伤破坏现象,由物质界面的反射稀疏波相互作用引起,其细观尺度上的物理机制是微损伤(即微孔洞和微裂纹)的成核、生长和汇合。围绕美国物理学会George E. Duvall冲击压缩科学奖的3位获奖者Grady、Curran和Johnson的相关工作,概述层裂现象的一些主要研究进展,简要介绍层裂现象的研究历史,以期更深刻地理解那些著名的层裂物理模型和实验技术。此外,报道了最近取得的最新研究成果,阐述了冻结不同损伤水平状态的双层靶层裂实验技术与Hopkinson压杆共通的工作原理。针对微损伤成核和生长断裂破碎模型NAG/FRAG在数学上的不一致性和在物理上的不完备性,指出对于延性材料的层裂过程,只要微孔洞成核的累积数目密度满足尺寸的指数分布、微孔洞半径的生长速度与半径呈线性关系,就能够得到解析形式的损伤度演化方程,该修正模型MNAG在数学上是一致的,在物理上是完备的;对于白以龙等建立的欧拉形式的微损伤数目守恒方程,指出计算损伤度不必显式求解该方程,损伤度的表达式一般通过拉格朗日形式的微损伤数目守恒方程获得;针对损伤度函数模型或封加坡模型,以更加简洁的方法进行了推导。     

高压下钒的结构相变研究

运用密度泛函理论研究了钒(Vanadium)在高压下的结构相变。 通过对体心立方(bcc)结构的钒在不同压强下剪切弹性系数C44的计算, 发现当压强约95 GPa时 C44＜0, 说明体心立方结构的钒在此条件下是不稳定的。 进一步计算分析得到钒在高压下发生了从体心立方到菱面体 (Rhombohedral)的结构相变, 相变压强约70 GPa, 这一结果与最近的实验结果符合。 还首次发现当压强约380 GPa时, 将会发生菱面体到体心立方的结构相变, 这有待实验的验证。We have studied the structure phase transition of Vanadium under high pressures by density function theory. A mechanical instability in the shear elastic constant (C44) has been found for body centred cubic(bcc) Vanadium at about 95 GPa, which indicates the existence of the structural transition. By calculation and analysis, we found that there was a bcc rhombohedral structure transition at the 70 GPa, which is consistent with the experiment data. Our calculations also firstly gave that there was a rhombohedral bcc structure transition at about 380 GPa, which needs to be verified by the experiment.     

石膏的高压原位Raman光谱和相变研究

 利用金刚石对顶砧（DAC）高压装置产生高压,在0~35 GPa压力范围,对石膏（Gypsum,CaSO₄·2H₂O）晶体进行了高压原位Raman光谱研究。根据高压Raman光谱的实验数据,给出了石膏晶体Raman振动频率与压力的依赖关系;在4.5 GPa附近,在对称性伸缩振动范围,发现新的Raman峰1 012  cm^-1出现,这个峰的强度随压力升高逐渐增强,据此断定在4.5 GPa 附近,石膏晶体发生了压力导致的结构相变。     

高压下TiN等结构相变的第一性原理研究

 利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法和线性响应理论,研究了TiN的物态方程、电子能带结构和声子色散曲线随压强的变化关系。结果表明：TiN 的电子能带结构并未随着压强的增加而出现反常,没有出现电子的拓扑结构相变;零压下出现软化的声子模式并没有随着压强的增加而继续软化。因此可以认为在0～12 GPa 压强范围内,TiN 发生等结构相变的原因不是由于电子的拓扑形貌发生变化和声子软化引起的。     

Shock-induced phase transition and spalling characteristic in pure iron and FeMnNi alloy

This paper provides an investigation of the phase transition and spalling characteristic induced during shock loading and unloading in the pure iron and the FeMnNi alloy. The impact for the pure iron is symmetric and with same-thickness for both the flyer and the target plate. It is found that an abnormal multiple spalling happens in the pure iron sample as the pressure exceeds the $\alpha -\varepsilon $ transition threshold of 13 GPa. In the symmetric and same-thickness impact and reverse impact experiments of the FeMnNi alloy, two abnormal tension regions occur when the pressure exceeds the $\alpha -\varepsilon $ transition threshold of 6.3~GPa, and the reverse phase transition $\varepsilon -\alpha $ begins below 4.2~GP. The experimental process is simulated successfully from the non-equilibrium mixture phase and Boettger's model. Such abnormal spalling phenomena are believed to relate to the shocked $\alpha -\varepsilon $ phase transition. The possible reasons for the abnormal multiple spalling, which occurs during the symmetric and same-thickness impact experiments of pure iron and FeMnNi alloy, are discussed.     

液态纯铁自扩散系数研究

液态金属固有的良好导热性能和很好的流动性能,逐渐受到了工程领域越来越多的重视。但由于液相扩散系数的测量困难,目前未见液态纯铁的自扩散系数报道。本文以液态纯铁正则系综为研究对象,采用分子动力学模拟方法对其自扩散系数进行了模拟分析,研究结果表明液态纯铁自扩散系数随温度增加呈现出了较大的变化,应用自扩散系数与温度存在的Arrhenius关系拟合出了液态纯铁的自扩散系数经验公式,进一步获得了液态纯铁原子的平均自由程计算关系式。     

冷轧低碳钢高压相变组织的透射电镜分析

 对冷轧低碳钢在高压下进行再结晶,用透射电子显微镜（TEM）分析高压相变组织,发现压力可以使再结晶晶粒细化;压力升高,具有体心立方结构的普通低碳钢可形成ε-马氏体,并根据电子衍射花样的计算确定ε-马氏体的晶格参数。