工业纯钛高温动态拉伸力学行为的微观机制

利用光学金相显微镜和透射电子显微镜(TEM)对多晶工业纯钛(CP-Ti)在不同温度(298～973 K)和应变率(10-3～1 400 s-1)下的拉伸断裂试件的试验段进行了观察分析,考察了形变孪晶、位错和析出相等微观组织随温度和加载应变率的变化规律.在此基础上,提出了孪晶系的分步激活模型并对动态高温力学行为进行了解释.此外,还对位错-溶质原子相互作用的微观表现及其对工业纯钛准静态力学行为的影响进行了探讨.     

3004铝的动态力学性能及本构模型

为了得到3004铝的动态力学性能及本构模型,运用静态实验机和分离式Hopkinson压杆动态加载装置,在温度为10～400℃、应变率为0.000 5～2 000s-1范围内得到了3004铝在准静态拉伸及动态压缩条件下的应力-应变曲线,并基于Johnson-Cook材料模型对其进行拟合分析.结果表明:3004铝有明显的应变率强化效应和温度软化效应,其应力随应变率的增加而增加,随温度的升高而降低;拟合得到的3004铝动态本构关系曲线可以描述出材料在大应变率和高温下的力学性能.     

金属材料宽应变率下动态本构模型及其扩展有限元应用

为了准确描述金属材料在各类动荷载下的力学行为,基于金属流变应力在不同应变率范围内的不同函数表现形式,采用开关函数反映金属宽应变率强化效应差异,考虑应变硬化效应与绝热温升影响相互耦合,结合多种金属材料在不同应变率下的试验数据进行拟合分析,发展了一种动态本构统一方程JC-CS模型。通过UMAT用户子程序,将新模型导入ABAQUS有限元分析软件中预测不同应变率下的金属动态应力应变关系,并基于此进行动态正弦荷载下的金属裂纹扩展分析。研究结果表明,新构建模型的数值模拟本构曲线与试验数据吻合良好,且能结合扩展有限元在ABAQUS动态隐式环境中使用,为准确描述金属在动荷载作用下的力学行为提供了一种工程应用分析模型。     

退火纯钛板压缩力学性能的各向异性

沿退火纯钛板材轧向(RD 0°)、横向(RD 90°)以及轧制平面内与轧向成45°(RD 45°)等3个方向取圆柱形试样,采用Instron电子拉伸机和分离式Hopkinson压杆,进行准静态和动态压缩实验,获得不同应变率下的应力-应变曲线,计算3个方向的应变率强化效应.研究结果表明:退火纯钛板准静态和动态压缩力学性能均表现出明显的各向异性,其中RD 90°方向屈服强度最大,RD 45°方向次之,RD0°方向屈服强度最小;在较小的应变程度下流变应力也具有同样的规律.不同方向上的应变率强化效应也存在显著差异:RD0°方向最强,RD 45°方向次之,RD 90°方向最弱;基于纯钛{0001}〈11(2)0〉基面和{10(1)0} <1(2)10〉棱柱面滑移微观塑性变形机制,结合晶体塑性变形理论,考虑多晶板材晶体取向分布,定性解释了退火纯钛板压缩力学性能各向异性.     

冷锻模具材料高速基体钢应变控制室温疲劳性能

对冷锻模具材料高速基体钢进行了室温下的单轴静态拉伸试验和应变控制单轴对称拉压低周疲劳试验,获得了静态拉伸力学性能和低周疲劳性能参数.通过对试验数据进行拟合,得到了高速基体钢材料在室温下静态单调拉伸应力-应变关系、循环应力-应变关系以及循环应变-寿命曲线.试验结果表明,该模具材料在本试验控制的循环应变幅范围内发生了循环软化,疲劳断裂之前未观察到明显的应力饱和现象.以控制应变幅为1.5%的试样为例,对材料的低周疲劳行为特性进行了分析.材料的循环应力响应分为明显软化,软化效应减弱和瞬时断裂3个阶段.     

聚碳酸酯压缩力学性能实验研究

聚碳酸酯(PC)是一类玻璃态非晶聚合物材料,由于其出色的耐热和抗冲击性能,被广泛地应用于国防军事和工业领域。为获得聚碳酸酯的压缩力学性能,采用MTS810材料实验机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对聚碳酸酯进行了准静态压缩试验和动态压缩试验,获得了聚碳酸酯在10-4s-1~103s-1应变率范围内应力应变曲线,分析应变率对聚碳酸酯屈服应力的影响规律。结果表明:聚碳酸酯在压缩时,随着应变率的增大屈服应力逐渐增大,在不同应变率范围内,屈服应力与对数应变率关系可以用二次函数和线性关系描述;与静态压缩相比,动态压缩软化效应减弱,而被随后而至的强化效应所取代,表明高应变率下应变软化和应变硬化存在竞争趋势。     

硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型

研究了典型超弹性材料硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型.采用Instron万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置对硅橡胶进行了准静态和动态压缩测试,基于测试结果分析了硅橡胶材料在0.001、0.01、0.1、1 750、2 300和3 000 s^-1应变率下的力学行为.测试结果表明,硅橡胶在静态载荷下有显著的超弹性特性,动态载荷下表现出明显的应变率效应,弹性模量与应变率比值对数之间存在非线性关系;据此,建立了率相关本构方程来描述硅橡胶在静、动态压缩载荷下的力学行为,与现有模型相比,所建立的本构方程参数仅有5个,在试验应变范围内应力最大误差保持在15%以内,与试验结果有良好一致性.     

基于改进J-C模型的42CrMo钢动态本构关系研究

42CrMo钢作为高速列车车轴的主要原材料,在高速列车运营中承受复杂的载荷条件。其中除了正常的设计载荷之外,还将承受不同程度的冲击载荷作用。为研究车轴钢的动态力学性能及其应力-应变关系,对42CrMo钢进行准静态及动态压缩力学性能实验,得到42CrMo钢在10-3~5000区间内七个应变率下的应力-应变曲线,结果显示42CrMo钢在高应变率下无明显应变率相关性,存在热软化效应。热软化效应被认为是在高速冲击下,材料塑性变形产生的热量无法向外界快速扩散从而积累导致温度上升而造成。采用改进J-C模型,考虑绝热温升影响,对材料进行本构描述,结果显示改进J-C模型在描述及预测不同应变率下42CrMo钢的流动应力时表现很好。     

热镀锌双相钢DP590力学特性及其本构模型

通过单轴拉伸试验及液压扩胀试验,分析了热镀锌双相钢DP590准静态条件下力学特性及大应变力学行为,同时利用高速电液伺服试验机及分离式Hopkinson拉杆试验机测试了该材料中高应变率下的动态力学特性.试验数据表明,DP590呈现微弱的各向异性,同时其动态等效应力应变曲线簇具有随应变增加而渐进收敛的特性.在此基础上提出了一个基于YLD2003各向异性屈服准则的混合流动硬化收敛型黏塑性本构模型,并提供了模型参数的识别方法.利用该本构模型对一薄壁管梁结构的轴向冲击试验过程进行了数值模拟,结果表明,采用新本构的仿真模型可以准确模拟试验结果,因而该本构更适用于工程精细仿真的需要.     

800MPa级冷轧双相钢的动态变形行为及本构模型

采用Hopkinson拉杆试验系统对800 MPa级冷轧双相钢(DP800)进行动态拉伸试验,动态拉伸选择应变速率为500、1000和2250 s-1 . 通过比较试验结果得出:双相钢的塑性延伸强度Rp0. 2和抗拉强度Rm与应变速率的关系呈指数形式增加;DP800在高应变速率塑性变形会产生绝热温升效应,计算可得DP800在应变速率为2250 s-1时拉伸变形产生的绝热温升为89℃. 基于J-C ( Johnson-Cook)模型和Z-A ( Zerilli-Armstrong)模型,对DP800的本构模型进行了研究,并对J-C模型应变速率效应多项式进行二次化修正,修正后的J-C模型相较于J-C模型对DP800在不同应变速率下的平均可决系数从0. 9228提高到0. 9886.     

高锰TWIP钢热变形行为及应变补偿型本构方程的建立

对高锰TWIP钢进行不同温度(850~1100℃)和应变速率(0.01,0.1,1,5,10s^-1)的绝热压缩试验,研究试验钢高温热变形行为. 分析了变形温度和应变速率对流动特性的影响,建立了应变补偿型本构方程,并采用三种标准统计参数对应变补偿型本构方程的精确度进行了评估. 结果表明:流动应力对变形温度和应变速率的敏感程度很高,且随着变形温度的提高或应变速率的降低,流动应力呈下降趋势;应变速率对动态再结晶过程有着很复杂的影响;流动应力预测值与试验值具有较高的吻合度,表明建立的应变补偿型本构方程能够精确预测流动应力.     

Hydrogen effect on the mechanical behaviour and microstructural features of a Fe-Mn-C twinning induced plasticity steel

The influences of hydrogen on the mechanical properties and the fracture behaviour of Fe-22Mn-0.6C twinning induced plasticity steel have been investigated by slow strain rate tests and fractographic analysis.The steel showed high susceptibility to hydrogen embrittlement,which led to 62.9%and 74.2%reduction in engineering strain with 3.1 and 14.4 ppm diffusive hydrogen,respectively.The fracture surfaces revealed a transition from ductile to brittle dominated fracture modes with the rising hydrogen contents.The underlying deformation and fracture mechanisms were further exploited by examining the hydrogen effects on the dislocation substructure,stacking fault probability,and twinning behaviour in pre-strained slow strain rate test specimens and notched tensile specimens using coupled electron channelling contrast imaging and electron backscatter diffraction techniques.The results reveal that the addition of hydrogen promotes planar dislocation structures,earlier nucleation of stacking faults,and deformation twinning within those grains which have tensile axis orientations close to<111>//rolling direction and<112>//rolling direction.The developed twin lamellae result in strain localization and micro-voids at grain boundaries and eventually lead to grain boundary decohesion.     

Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP钢变形的微观组织特征

采用扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术对TWIP钢拉伸变形后的组织进行了观察和分析. 研究结果表明,热处理后的TWIP钢中存在60%的退火孪晶,变形后孪晶量减少为32%. 在拉伸过程中,具有退火孪晶的晶粒内部首先发生变形,产生的变形孪晶遗传了退火孪晶的取向. 变形过程中孪晶和位错相互作用、孪晶和孪晶相互作用以及孪晶取向改变引发滑移的综合结果使TWIP钢同时获得高塑性和高强度,因此变形过程中孪生变形是TWIP钢的主要变形机制.     

单层石墨烯薄膜拉伸破坏应变率相关性的分子动力学研究

采用Tersoff势对扶手椅型（Armchair）和锯齿型（Zigzag）单层石墨烯薄膜在不同应变率条件下的零温单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟,预测了石墨烯薄膜拉伸破坏的应变率效应.结果表明,石墨烯薄膜的拉伸力学性能具有应变率相关性.当应变率低于5×10^9s^-1时,两种不同手性的单层石墨烯薄膜的拉伸过程经历了一次强化阶段,杨氏模量均随应变率的增大而减小,抗拉强度对应变率不敏感;当应变率高于5×10^9s^-1时,拉伸过程经历了二次强化,尤其锯齿型的,杨氏模量、抗拉强度和对应的拉伸应变均随应变率的增大而显著增大.在不同的应变率下,石墨烯薄膜具有不同的拉伸破坏变形机制.在低应变率下,石墨烯沿主断裂带断裂破坏,而在高应变率下,形成了缺陷簇,具有非晶化特征.     

Deformation mechanism and microstructures on polycrystalline aluminum induced by high-current pulsed electron beam

In this paper, we present an experimental investigation of deformation twinning in polycrystalline aluminum exposed to high-current pulsed electron beam (HCPEB) irradiation. The residual tensile stress with about 10 2 MPa was introduced in the irradiated surface layer. The feature characteristic irradiated with various numbers of pulses was investigated. The formation of a large number of twin bands on the surface irradiated with multiple pulses was determined. The experimental observations indicated that the deformation twinning was indeed triggered during HCPEB irradiation. It is suggested that high value of stress and strain rate induced by rapid heating and cooling due to HCPEB irradiation may cause the shifting of whole atomic planes simultaneously. Additionally, some slipping systems may be suppressed due to the geometric confinement by thinned size of surface layer, which can promote the initiation of deformation twinning.     

Compressive deformation behavior of an indirect-extruded Mg-8Sn-1Al-1Zn alloy

The medium and warm deformation behaviors of an indirect-extruded Mg-8Sn-1Al-1Zn alloy were investigated by compression tests at temperatures between 298 and 523 K and strain rates of 0.001–10 s?1. It was found that the twinning-slip transition temperature was strain rate dependent, and all the true stress-true strain curves could be divided into two groups: concave and convex curves. Associated microstructural investigations indicated that the dynamic recrystallization (DRX) behavior of the alloy varied with deformation conditions. At high strain rate and low temperature, dynamically recrystallized grains preferentially nucleated and developed in the twinned regions, indicating that twinning-induced DRX was dominant. While, at low strain rate, DRX developed extensively at grain boundaries and twins, and the process of twinning contributed to both oriented nucleation and selective growth. For the studied alloy, cracks mainly initiated from the shear band and twinning lamellar over the ranges of temperature and strain rate currently applied.     

Hot deformation behaviors of WE71 alloy under plain strain compression at elevated temperature

Hot deformation behaviors of WE71 (Mg–7Y-1Nd-0.5Zr) alloy was investigated by plain strain compression tests conducted at temperatures ranging from 350 °C to 500 °C and strain rates varying from 0.01 s^-1 to 10 s^-1. Results show that the hot deformation of WE71 was accompanied by the precipitation of rich Zr phase with granular shape and block-shaped phase rich in element Y. When deformed at low temperature and high strain rate, the softening behavior of the alloy was synergically determined by shear bands propagation, adiabatic heating, twinning formation and dynamic recrystallization (DRX). For the conditions of high temperature and high strain rate, DRX was the major softening mechanism while the formation and annihilation of extension twinning resulted in a special flow curve characteristic at the strain of around 0.3. According to the microstructural observations, it can be concluded that the irregular flow curves of WE71 alloy during plain strain compression process are mainly ascribed to shear bands propagation, adiabatic heating, twinning formation and DRX.     

Fe-11Mn-4Al-0.2C中锰钢动态变形行为及其本构模型

基于准静态和动态拉伸实验，建立Fe-11Mn-4Al-0.2C中锰钢在2×10^-3~200s^-1应变速率下变形行为的Johnson-Cook(J-C)本构模型.结果表明，应变速率对弹性变形阶段无影响.在塑性变形初期，实验钢强度随应变速率增加而增加，在塑性变形中后期，实验钢强度随应变速率增加而减少.实验钢应变速率敏感性(SRS)指数m随着应变的增加，由0.013逐渐转变为-0.018.基于实验数据建立J-C本构模型，拟合效果不佳，存在5.1%的相对误差;通过改变应变速率强化系数，提出修正J-C模型，模型具有更好的拟合效果，表现出更小的相对误差，约为1.6%.     

Fe-C合金动态拉伸力学性能温度和应变率效应分子动力学

爆炸冲击荷载作用下温度和应变率对钢材动态力学性能的影响一直备受关注。Fe-C合金体系是钢材的基本组成部分,本文以Fe-C合金为基本研究对象,采用分子动力学方法模拟九种温度和四种应变率条件下Fe-C合金的单轴动态拉伸过程。结果表明：在所研究的温度和应变率范围内,Fe-C合金弹性模量对于应变率变化不敏感,对于温度变化非常敏感,随着温度的升高,弹性模量明显减小;相同温度条件下,屈服强度和峰值应变随应变率的增大而增大;相同应变率条件下,屈服强度和峰值应变随温度的升高而减小;温度和应变率对屈服强度的影响不具有相关性。基于分子动力学模拟,建立的纳米尺度下Fe-C合金动态拉伸力学性能计算公式能反映温度和应变率效应的共同影响,为钢材在爆炸冲击作用下动态拉伸力学性能描述提供依据。     

In-situ observation on the deformation behaviors of Fe-Mn-C TWIP steel

The microstructure and crack behaviour of twinning induced plasticity (TWIP) steel during tensile deformation was investigated with in-situ scanning electron microscopy (SEM). The results show that there are two modes of plastic deformation during tensile test in the Fe-Mn-C TWIP steel: dislocation gliding and deformation twins. During the process of tensile deformation, secondary deformed twins are found. Inclusions have played a role in the course of ductile fracture, and microcracks initiate from inclusions and twin-twin intersections.