不同应变下无氧铜的加载实验设计与变形产生的位错研究

发布时间：2017-11-11 16:13

  本文关键词：不同应变下无氧铜的加载实验设计与变形产生的位错研究

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【摘要】：金属晶体的塑性变形机制一直是力学工程与材料领域研究的重要课题。孪晶、层错的产生,位错的滑移以及位移型相变直接影响金属的塑性变形过程。对于中高层错能金属,位错的滑移是主要的变形机制。位错密度是描述材料微观结构的重要内变量,研究位错密度的变化是联系材料宏观受力与微结构演化的桥梁,是建立材料准确本构模型的基础。本文选取高纯度无氧铜作为中高层错能金属的代表,对其开展了应变率跨越10个量级(104-106 s-1)的力学加载实验。通过合理的设计,实现了加载过程的应变可控和热力学路径可控。对回收样品进行了TEM和XRD分析,观察了不同加载路径下样品的位错结构,测定了样品的位错密度,采用基于位错机制本构模型描述了样品的再加载应力-应变关系,主要结论如下：(1)对样品开展了增加限制环的SHPB加载实验。结果表明,在限制环与入射杆接触前,加限制环和不加限制环所得波导杆信号重合。用波导杆信号与用公式(L0-L)/L计算得到的样品最大应变近似相等,实现了应变的精确控制。(2)研究了样品冲击加载下的侧向稀疏效应,计算了样品内部一维应变加载过程和侧向稀疏过程产生的塑性功。结果表明,侧向稀疏与一维应变加载产生的塑性功之比随冲击速度的增加而减小。在一定的冲击速度下,采用低初始屈服应力的材料可减轻侧向稀疏效应。对飞片、样品和保护环(材料同为无氧铜)的尺寸进行设计,开展了10GPa内的冲击加载实验,回收到的样品形状规整,厚度均匀,侧向稀疏效应得到控制。(3)冲击加载下样品和保护环分离后会产生径向汇聚波,对弹塑性材料中的球面和柱面径向汇聚波进行了研究。结果表明,球面和柱面汇聚波在亚临界加载下均呈现出E1←P1←E2的波结构,超临界加载下呈现出E1←P1←E2←P2的波结构,其中Ei、Pi(i=1,2)分别代表弹性区和塑性区。(4)对准静态和SHPB加载下的回收样品进行了TEM分析。结果表明,在加载应变率相同的条件下,样品的最大应变越大,位错胞形态越完整,胞壁越厚,胞壁内的位错密度也越大；在最大应变相同的条件下,提高加载应变率有利于位错从网状结构向胞状结构转变。(5)对准静态和SHPB加载下的回收样品开展了X射线衍射实验,获得了2θ范围为30-150度的衍射线形(θ为衍射角)。结果表明,2θ范围为30-150度时出现8个标准衍射峰,未出现特征峰的缺失,样品内部无明显织构,晶粒取向随机。对衍射线形进行傅里叶分析,结合理论和实验Williamson-Hall关系和Warren-Averbach关系,计算了样品的位错密度。结果表明,在准静态加载到0.3应变水平和SHPB加载到0.08应变水平下,样品的位错密度分别为1.19×1015m-2和7.63×1014m-2。(6)对回收样品进行准静态再加载实验,用MTS本构模型对再加载应力-应变关系进行了拟合,获得了样品零温下的屈服强度。结果表明,MTS本构模型可以对样品再加载应力-应变关系进行较好的描述,样品零温下屈服强度同位错密度之间满足Taylor关系。
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O347
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本文编号：1172124