高速撞击诱导大梯度纳米结构化高熵合金的力学行为

国防军工与航天领域的防护结构要求材料能经受住弹体或空间碎片的高速撞击,包括处于极低温环境.高熵合金因其特殊的化学结构与优异的综合力学性能,成为新型装甲防护材料研究的新范式.本文通过弹丸高速撞击高熵合金靶板的响应分析,提出了一种通过室温和低温高速冲击制备大梯度纳米晶和纳米孪晶混合结构高熵合金的新方法,并研究了该梯度纳米结构高熵合金的拉伸力学性能以及变形机理.结果表明,大梯度纳米结构从冲击端到自由面,微结构过渡主要为:纳米晶-纳米晶带-高密度纳米孪晶带/高密度位错带/点阵旋转带-稀疏纳米孪晶带/高密度位错带/点阵旋转带-高密度位错-稀疏位错.单纯纳米晶和纳米孪晶混合结构的梯度层厚度达到4 mm,远超传统手段制备的梯度层厚度(小于500μm).相比初态样品,大梯度纳米结构高熵合金的强度提升明显,最高提升390%,塑性仍保持在较大范围内:21%～62%.这得益于大梯度样品“软区”和“硬区”共存,除了较大背应力提供额外强化外,软硬组织弹塑性变形的不同步和断裂发生的不同步也会额外提高力学性能.本研究不仅可为开发块体大梯度纳米结构材料提供新方法,也可为理解高熵合金的抗弹行为并指导装甲防护材料设计提供...     

CoCrNiSi0.3中熵合金动态剪切性能及其织构演化研究

利用分离式霍普金森压杆对CoCrNiSi_0.3中熵合金进行动态加载，研究不同应变率下的压缩性能，发现其对应变率较为敏感，且有明显的应变率强化效应。准静态压缩下(应变率10^-4 s^-1),应变率敏感度m为0.13,而动态压缩下(应变率5 150 s^-1)m为0.25.通过帽型剪切实验，研究了该合金的剪切性能，结果表明准静态剪切屈服强度为330 MPa,动态剪切的屈服强度为630 MPa.随预留剪切区域宽度的增加，峰值应力有所下降，但剪切失效应变明显增加，当预留剪切区域宽度为50μm时，剪切应变高达12.8.通过剪切“冻结”实验，研究了剪切变形的增大对材料内部的晶粒微观结构和织构演化特征的影响。结果表明，晶粒内的几何必要位错密度随变形加剧而增加，变形织构向A、P类型织构演化，同时Cu型织构逐渐减少。在绝热剪切带形成前，功热转换计算的温升缺乏准确性，佐证了绝热剪切带的形成并不是由热软化引起的。     

FeCoCrNiCu高熵合金纳米压痕力学响应的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟建立FeCoCrNiCu高熵合金纳米压痕模型，从杨氏模量、位错行为等方面对FeCoCrNiCu高熵合金进行相关力学性能分析。研究分析了纳米压痕过程中温度和加载速度对合金基体变形的影响。经模拟以及数据拟合发现，杨氏模量与实验结果近似一致；纳米压痕过程依次经历弹性-塑性阶段，进入塑性阶段后基体内部产生位错，随着压头的不断深入，位错不断形核扩展最终成环；由于高熵合金复杂的元素组成以及应变梯度效应，剪切应变在合金体内的分布是不均匀的。加载速度对弹性阶段影响不大，但会对位错的增长产生影响，临界塑性压深也会随加载速度的增大而增大；温度对高熵合金的变形有着显著影响，温度升高会使原子运动加剧，基体易于变形。低温下压痕力明显上升，这是由于低温本身会降低原子迁移率，同时也利于孪晶产生，使基体进一步强化。     

考虑位错密度的铝合金动态压缩晶体塑性有限元分析

采用实验与晶体塑性有限元(CPFEM)相结合的方法，对7075-T6铝合金在动态压缩实验中的宏观力学响应及其微观结构的演化进行了分析。通过分离式霍普金森压杆(SHPB)对7075-T6铝合金进行了应变率为2 000 s^-1的动态压缩实验，并使用电子背散射衍射技术(EBSD)对实验前后试件的微观结构进行了表征。修改了传统晶体塑性有限元模型中的强化模型和流动准则，引入位错密度作为内部状态变量，并探究了摩擦系数以及位错增殖系数和位错湮灭系数对试件宏观力学性能的影响。结果表明：位错增殖系数增大会导致材料的硬化行为加剧且极限强度提高，位错湮灭系数增大则会导致材料的极限强度下降，且弱化其硬化行为。通过实验与模拟的结果对比可以看出，晶体塑性有限元模型可以较为准确地预测动态压缩过程中试样内部织构的变化趋势，表现为生成了较多的Brass{110}<112>织构和Goss{110}<001>织构。