本文選題：鋯合金 + 絕熱剪切帶��； 參考：《燕山大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：絕熱剪切導(dǎo)致的失效是材料在高應(yīng)變速率加載條件下普遍存在的一種現(xiàn)象,對(duì)這一現(xiàn)象的研究有非常重要的理論意義和工程實(shí)際意義。本文利用分離式霍普金森壓桿(SHPB)和軋制等手段對(duì)鋯及鋯合金進(jìn)行了一系列動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn),對(duì)材料的動(dòng)態(tài)變形行為、絕熱剪切敏感性、剪切帶的微結(jié)構(gòu)演化以及剪切帶引發(fā)的材料失效過(guò)程等進(jìn)行了研究。利用SHPB技術(shù)對(duì)退火態(tài)和鑄態(tài)純鋯進(jìn)行了動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn),分析了剪切帶的演化過(guò)程與加載條件和材料組織狀態(tài)之間的關(guān)系。選擇Johnson-cook動(dòng)力學(xué)本構(gòu)方程描述了不同組織狀態(tài)純鋯的動(dòng)態(tài)本構(gòu)行為,并確立了相關(guān)參數(shù)。建立了一個(gè)考慮熱擴(kuò)散效應(yīng)對(duì)剪切帶內(nèi)部溫升影響的計(jì)算模型,并利用此模型結(jié)合材料的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)剪切帶內(nèi)部的溫度進(jìn)行了計(jì)算。利用TEM技術(shù)對(duì)剪切帶進(jìn)行了微結(jié)構(gòu)分析,結(jié)合溫度計(jì)算所得結(jié)果,剪切帶內(nèi)的微結(jié)構(gòu)演化過(guò)程可描述為,局部化變形初始階段剪切帶內(nèi)形成拉長(zhǎng)的位錯(cuò)胞和亞晶,繼續(xù)的變形過(guò)程中通過(guò)亞晶的轉(zhuǎn)動(dòng)和熱力輔助形成晶粒尺寸100nm左右的等軸狀再結(jié)晶晶粒,變形完成后的冷卻階段等軸晶粒不發(fā)生明顯長(zhǎng)大。基于分子動(dòng)力學(xué)模擬所得結(jié)果和對(duì)動(dòng)力學(xué)本構(gòu)方程的相關(guān)分析,提出了一個(gè)剪切帶形核和演化的唯象模型:高應(yīng)變速率變形過(guò)程中,剪切帶首先在材料缺陷或者應(yīng)力集中處成核;然后沿著最大剪切應(yīng)力方向快速擴(kuò)展而穿透材料;繼續(xù)的變形使剪切帶的寬度逐漸增加。為了提高抗沖擊性能,對(duì)鋯進(jìn)行了合金化,制備了Zr40Ti60合金,利用SHPB技術(shù)對(duì)鑄態(tài)和熱軋態(tài)的該合金進(jìn)行了動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試。研究表明,由于該合金中含有大量的針狀次生?相,雖然合金動(dòng)態(tài)強(qiáng)度較高,但是動(dòng)態(tài)塑性卻明顯降低,導(dǎo)致該合金抗沖擊性能較差,絕熱剪切敏感性較高。在Zr40Ti60合金基礎(chǔ)上,通過(guò)添加Al和V兩種合金元素,制備了Zr34Ti51Al10V5合金,利用SHPB技術(shù)對(duì)鍛造態(tài)、固溶態(tài)和固溶+時(shí)效態(tài)的該合金進(jìn)行了動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果表明,鍛造態(tài)和固溶+時(shí)效態(tài)合金由于含有較多細(xì)小的針狀或片狀?相,動(dòng)態(tài)塑性極差,不足3%,絕熱剪切敏感性極高。而固溶處理的該合金為純?chǔ)孪?具有較好的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)塑性的匹配。其中750℃固溶處理的合金動(dòng)態(tài)強(qiáng)度約1700MPa,動(dòng)態(tài)塑性約23%,具有最低的絕熱剪切敏感性�；趯�(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析得出剪切帶引發(fā)的材料失效是由剪切帶內(nèi)微孔洞的產(chǎn)生、微孔洞合并和鏈接形成微裂紋以及微裂紋沿著剪切帶方向擴(kuò)展所造成的。對(duì)鑄態(tài)純Zr和鑄態(tài)Zr40Ti60合金進(jìn)行了冷軋變形,分析了剪切帶的形成和演化與軋制參數(shù)的關(guān)系。研究表明,在總變形量相同的條件下,單道次軋制過(guò)程容易在材料中形成剪切帶,且隨著變形量的增加剪切帶的寬度逐漸增加。利用所建立的模型,對(duì)軋制過(guò)程中剪切帶內(nèi)部的溫度進(jìn)行了估計(jì)。結(jié)果表明,軋制過(guò)程由于應(yīng)變速率相對(duì)較低,熱擴(kuò)散效應(yīng)的影響十分強(qiáng)烈,導(dǎo)致剪切帶內(nèi)部的溫度只是稍高于周圍基體。TEM觀察結(jié)果顯示,由于變形引起的溫升較低,軋制過(guò)程所形成的剪切帶內(nèi)部組織只表現(xiàn)為原始組織的拉長(zhǎng)和碎化,未發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象。
[Abstract]:In this paper , a series of dynamic loading experiments on zirconium and zirconium alloys have been carried out by means of a series of dynamic loading experiments on zirconium and zirconium alloys by means of the split Hopkinson pressure bar ( SHPB ) and rolling . The results show that the temperature in the shear zone is only slightly higher than that of the surrounding matrix . TEM observations show that the temperature rise due to deformation is lower , and the microstructure of the shear zone formed during the rolling process is only the elongation and fragmentation of the original tissue , and no dynamic recrystallization occurs .

【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.414

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1790562