高速切削锯齿形切屑内绝热剪切带微观特征研究

使用光学显微镜、显微硬度计、X射线衍射、SEM、TEM等方法对高速切削30CrNi3MoV高强度钢锯齿形切屑中第一和第二变形区内形成绝热剪切带和白层进行了观察和研究。结果表明,形成了两种形式的绝热剪切带,即低速下形成的形变带和高速下形成的转变带。转变带内的硬度高于形变带和切屑基体。X射线衍射表明白层内发生了马氏体相变。TEM观察发现,形变带内为经历了大塑性变形的回火马氏体组织。转变带是由尺寸为50～100 nm的等轴晶组成,绝热剪切带形成过程中发生了动态再结晶。     

快速加载下TNT材料中绝热剪切带的细观研究

本文对快加载后的国产ＴＮＴ材料,采用光学显微镜和扫描电镜观察,研究了其显微组织,结果表明：在快速加载条件下材料中有绝热剪切带生成。剪切带在细观上的表现形式为：（１）以应变高度集中,晶粒剧烈扭曲为特征的细观组织形貌;（２）在局部区域,晶粒被急剧拉长,形成粗亮而边界清晰的剪切带。在快速加载条件下ＴＮＴ材料中绝热剪切带的产生同时取决于应变和应变切带。在快速的加载条件ＴＮＴ材料中绝热剪切带的产生同时决于应     

红外热成像技术测量绝热剪切带温度的综述

绝热剪切是材料在高应变率载荷作用下的热粘塑性本构失稳现象,与材料失效有着密切的关系。采用红外热成像技术测量绝热剪切带内的温度变化,将有助于研究金属材料在高应变率下的力学性能及变形机理。简述了红外热成像技术及其系统组成;着重介绍了近年来采用红外热成像技术测量绝热剪切带温度的研究现状;讨论了采用红外热成像技术测量温度变化的应用需求及系统的设计要求。     

绝热剪切研究的意义和现状

简述了绝热剪切现象及其涉及的领域，指出了绝热剪切研究的意义和它重要的工程应用价值，对绝热剪切研究物现状作了扼要的总结。     

电弧增材制造不锈钢动态加载绝热剪切带内组织研究

绝热剪切失效是增材制造金属材料在高应变率载荷下的重要失效方式。使用电火花从冷金属过渡电弧增材技术制备的316L不锈钢单壁上沿着制造方向和扫描方向割出动态加载圆柱试样（尺寸为$varnothing $4 mm×4 mm）。采用分离式霍普金森杆对增材制造316L试样在应变率4000到6000 s⁻¹下加载至绝热剪切状态,研究了其动态剪切变形行为特别是剪切带内微观组织特征结构。不同应变率动态加载下,电弧增材制造316L不锈钢的动态应力首先由于应变硬化而增大,随后绝热剪切热软化与应变硬化的平衡导致了动态变形最后阶段的应力平台效应。绝热剪切带中亚晶经历了动态再结晶过程,具有与基体完全不同的等轴晶形貌,晶粒尺寸大约在200~300 nm。动态剪切复杂热力过程导致剪切带内的亚晶形成了双重织构,既有与基体一致的沿着压缩方向的<110>丝织构,也有与宏观剪切方向相关的晶体学织构,即(111)沿着宏观剪切面,<112>沿着宏观剪切方向。不同剪切带的等轴亚晶都有大量残余Σ3 60°晶界,同时存在与基体相同的孪生织构,可以证明孪生再结晶是绝热剪切带内亚晶主要的动态再结晶机制。宏观绝热剪切带发展路径沿着压缩面35°的对称路径发展,这除了符合动态加载下试样中最大应变和热场分布的外加物理条件,还符合剪切面(111)与基体(110)面交角为35.2°的晶体学条件。此外,基体中存在大量微观局部变形带来承载应变,微观局部变形带内亚晶也具有与基体孪晶组织不同的位向和形貌。     

高速切削过程中诱发绝热剪切带形成的热塑性剪切波

提出了高速切削过程中诱发绝热剪切带形成的热塑性剪切波的传播机理,针对锯齿形切屑中热望性区域内的塑性梯度变形特征、动量和能量耗散情况,建立了与切削条件相关的热塑性剪切波的传播模型及剪切带宽度模型.在此基础上,通过淬硬45钢的切削实验并结合改进的Johnson-Cook本构模型分析了热塑性剪切波的传播规律,并将剪切带宽度模型与已提出的DB模型、WR模型和DM模型做了对比,结果表明,由热塑性剪切波传播理论推导的剪切带宽度模型与实验结果较其他模型吻合较好.     

帽型试样动态绝热剪切破坏演化分析

利用分离式霍普金森压杆加载Ta2钛合金扁平闭合帽形受迫剪切试样,结合数字图像相关法和\"冻结\"试样的微观金相观察,研究剪切区剪切应变的演化、绝热剪切带形成条件等.结果显示:受迫剪切试样在动态加载过程,剪切区剪切应变不断集中,形成绝热剪切带,裂纹沿绝热剪切带发展;随加载率提高,绝热剪切起始临界应变减小;进一步利用数字图像相关法DIC场应变分析及金相微观观测对比,利用卸载回复特性对绝热剪切带起始临界条件进行了讨论,计算的绝热剪切带起始时温升仅为86℃.材料软化可能不是绝热剪切带起始的控制条件,相反是由于绝热剪切带形成造成的应变高度集中发展导致温度急剧升高.     

再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响

使用二辊轧机对TA2工业纯钛进行多道次大应变冷轧处理,制备了冷轧总变形量为70%的TA2纯钛板。通过对冷轧TA2纯钛板进行500 ℃加热、不同保温时间的退火处理,获得了具有不同再结晶组织的钛板。基于帽形试样和限位环变形控制技术,在分离式霍普金森压杆装置上对不同再结晶组织的试样进行动态冲击冻结实验,结合光学显微镜和扫描电子显微镜表征试样冲击前后微观组织的变化,研究了再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响。结果表明,随着退火保温时间的延长,试样再结晶晶粒占比逐渐增大,晶粒分布由分散向局部聚集转变;在相同应变和应变率下,在所有试样中都观察到了绝热剪切带,再结晶晶粒占比高的试样更易诱发绝热剪切带中裂纹形核扩展。对比变形前后试样再结晶组织和几何必需位错变化,结合剪切区整体温升分析发现,再结晶晶粒作为材料软化点能够诱发剪切带的形成,而剪切带发展后期产生的绝热温升会促进剪切带内材料发生二次再结晶,提高剪切带内材料的韧性,延缓剪切裂纹的形成。     

粉末烧结钨合金材料的绝热剪切研究

在分离式霍普金森压杆装置上对斜圆柱粉末烧结钨合金试件进行了冲击实验,由于斜圆柱结构中剪切分量在冲击压缩中的持续作用,实验中观察到了宏观破断现象。利用光学显微镜和扫描电子显微镜分别对试件断面和试件的纵截面进行了分析,观察到了贯通钨颗粒的绝热剪切带这一变形局部化现象。对粉末烧结钨合金绝热剪切破坏机制进行了分析。     

高密度合金W-Ni-Mn的绝热剪切破坏研究

应用分离式霍普金森压杆对90W-Ni-Mn合金的圆柱体试样进行了动态压缩实验,并对试样的剖面和断面进行了扫描电镜观察,结合试样的真实应力-应变曲线,发现合金在真实应变为约45％时出现明显的绝热剪切现象,随着冲击力的进一步增加,试样发生剪切断裂。可见90W-Ni-Mn合金较传统钨合金更易出现剪切带,具有更高的绝热剪切敏感性。     

A NOVEL APPROACH TO TESTING THE DYNAMIC SHEAR RESPONSE OF Ti-6Al-4V

Modifications were made on the traditional split Hopkinson pressure bar (SHPB) system to conduct dynamic shear tests. The shear response of Ti-6Al-4V was acquired at a shear strain rate of 10 4 s 1 by using this modified apparatus. The geometry as well as the clamping mode of the double-notch specimen was optimized by commercial FEM software ABAQUS, and the feasibility of the experiment set-up was validated. A shear stress calibration coefficient of τ = 1.03 and a shear strain calibration coefficient of Γ = 0.50 were obtained.We have employed high-speed photography to record the deformation process, especially the initiation and propagation of adiabatic shear band (ASB), during the dynamic shear test. The frames show that the time duration from ASB initiation to its completion is less than 2 μs, from which we can estimate that the propagation speed of ASB within Ti-6Al-4V is more than 1250 m/s under such loading conditions. The temperature rise within ASB is also estimated to be T 2 ≈ 1460℃ based on energy balance. Such high temperature has led to softening of the material within the ASBs, and has intensified the shear localization and finally resulted in fracture of the material.     

Adiabatic shear band localization of inelastic single crystals in symmetric double-slip process

Summary The main objective of the present paper is the development of a viscoplastic regularization procedure valid for an adiabatic dynamic process for multi-slips of single crystals. The next objective is to focus attention on the investigation of instability criteria, and particularly on shear band localization conditions.To achieve this aim, an analysis of acceleration waves is given, and advantage is taken of the notion of the instantaneous adiabatic acoustic tensor. If zero is an eigenvalue of the acoustic tensor, then the associated discontinuity does not propagate, and one speaks of a stationary discontinuity. This situation is referred to as the strain localization condition, and corresponds to a loss of hyperbolicity of the dynamical equations. It has been proved that for an, adiabatic process of rate-dependent (elastic-viscoplastic) crystal, the wave speed of discontinuity surface always remains real and different from zero. It means that for this case the initial-value problem is well-posed. However, for an adiabatic process of rate-independent(elastic-plastic) crystal, the wave speed of discontinuity surface can be equal zero. Then the necessary condition for a localized plastic deformation along the shear band to be formed is as follows: the determinant of the instantaneous adiabatic acoustic tensor is equal to zero. This condition for localization is equivalent to that obtained by using the standard bifurcation method. Based on this idea, the conditions for adiabatic shear band localization of plastic deformation have been investigated for single crystals. Particular attention has been focused on the discussion of the influence of thermal expansion, thermal plastic, softening and spatial covariance effects on shear band localization criteria for a planar model of an f.c.c. crystal undergoing symmetric primary-conjugate double slip. The results obtained have been compared with available experimental observations.Finally, it is noteworthy that the viscoplasticity regularization procedure can be used in the developing of an unconditionally stable numerical integration algorithm for simulation of adiabatic inelastic flow processes in ductile single crystals, cf. [21].The paper has been prepared within research programme sponsored by the Committee of Scientific Research under Grant 3 P404 031 07.     

绝热剪切损伤和破坏的数值模拟研究

绝热剪切破坏是冲击载荷作用下金属材料中经常出现的一种重要破坏模式,尽管已经在实验中观察到了绝热剪切带内部的损伤现象,但是在理论和计算模型中往往还只是考虑它的热软化效应,对与之伴随的损伤破坏效应却鲜有讨论.该文在前人实验的基础上,提出了一个适用于绝热剪切带内部微孔洞损伤发展的演化方程,并在本构方程中同时考虑了温度和损伤对材料的影响,成功地模拟出了绝热剪切带的热软化效应和损伤破坏效应.     

绝热剪切研究进展

从实验技术、分析手段和数值模拟技术等三方面对近年来绝热剪切研究相关的工作成果进行了总结和评述,指出了现有工作的不足,即:尚不明了绝热剪切带内微观组织演化规律及尚未建立相应的力学模型;绝热剪切带的静水压相关性仍有待进一步探索;描述绝热剪切的自组织行为的模型需进一步完善;绝热剪切数值模拟精度有待提高等。最后,结合国内外最新的研究动态对绝热剪切研究的发展趋势提出了自己的观点。     

冲击载荷下钨合金圆台试件绝热剪切变形局部化的数值模

采用有限元计算编码ABAQUS模拟了钨合金圆台试件在冲击载荷下的变形和剪切局部化行为。计算采用二维轴对称应变条件下的绝热模型。钨合金的本构方程采用热粘塑性形式的Johnson Cook模型。为了得到不同尺度的变形信息 ,计算中用了两种网格 ;先用粗糙网格分析试件变形局部化的概貌 ;接着 ,用细密网格 (在变形局部化区域 ,网格尺寸达到 10 m)分析绝热剪切带的形成和发展。有限元模拟得到的绝热剪切带位置和方向与实验一致。计算结果表明 ,绝热剪切带的形成和发展与试件的应力状态密切相关。     

TC4钛合金自然破片的引燃机理分析

对两种热处理条件不同的ＴＣ４钛合金圆筒在内部爆轰加载下的自然破片形成过程作了研究,并对破片的宏观断裂特征和细观断裂机理进行了分析。研究结果表明,一些引燃战斗部采用钛合金壳体的根本原因在于利用壳体破裂时形成的高温绝热剪切带和钛元素本身在高温下的剧烈氧化性。