延性金屬動態拉伸斷裂的微結構演化研究

《延性金屬動態拉伸斷裂的微結構演化研究》是依託武漢理工大學，由祁美蘭擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：延性金屬動態拉伸斷裂的微結構演化研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：祁美蘭
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

在動載荷作用下，材料的拉伸破壞始於內部稀疏波相互作用產生的拉伸應力引起的微孔洞或裂紋，而微孔洞或裂紋的出現位置和數量與材料微結構密切相關，比如位錯、晶界或夾雜往往會成為材料破壞的起源。深入認識拉伸應力下材料微結構的動態演化機理和規律，探索和建立一個能夠連線不同尺度且具有預測能力的材料失效理論模型，實現對材料從其行為的“觀察”轉變到對其性能的“控制”，不僅是提高材料研究和設計水平的必要前提，而且對提高國防裝備及民用材料的強度和性能均具有重要意義。本項目擬在傳統方法的基礎上，利用申請人目前所掌握的先進實驗和測試技術，並與美國Argonne國家實驗室合作，擬將同步輻射X射線靜態和動態原位測試技術用於延性金屬微結構動態演化機理的研究中，為探索和建立與材料微細觀結構相關的損傷演化模型提供更為真實可靠的實驗數據。

結題摘要

本項目針對NSAF聯合基金“培育項目”的明確目標課題——1.延性金屬動態拉伸斷裂的微結構演化研究提出，申請時的研究內容如下：(1)實驗研究典型微結構對材料斷裂的影響。採用同步輻射X射線2D投影和PCI等技術，研究高應變速率拉伸斷裂過程中，延性金屬材料的典型微結構（晶粒尺度、晶粒取向、晶界等）對巨觀斷裂特性的影響。(2)多種手段和技術對材料微結構演化進行深入表征。分析在拉伸斷裂的不同階段中微結構的演化機理，深入認識動態斷裂特性與材料微結構演化的內在關係。在傳統衝擊回收實驗的基礎上，結合電子背散射衍射（EBSD）技術和同步輻射X射線3D斷層成像（Tomography）技術，對材料微結構及損傷演化過程進行深入研究。(3)探索和建立與材料微結構相關的損傷演化模型。針對微觀-細觀-巨觀的損傷特徵，探索建立一種能夠連線不同尺度且具有物理描述能力的與材料微結構相關的損傷斷裂模型。 針對本項目的計畫要點和預計研究成果，課題組認真詳細地完成了各要點的計畫內容。本課題選取幾種具有代表性的延性金屬材料（高純鋁、鋁雙晶、孔隙鋁和顆粒物增強鋁基複合材料），對這些材料開展動態拉伸實驗，利用各種先進的表征手段（SEM、EBSD、同步輻射X-ray），對回收樣品或者樣品動態損傷演化過程進行全方位的表征和分析，獲得了許多有價值的結論，試圖找到延性金屬拉伸型動態損傷演化各個階段的特點以及影響損傷演化發展的關鍵因素。通過這一項目的研究，課題組在AIP Advances, Materials Science& Engineering A, Review of Scientific Instruments等國內外知名期刊上發表文章7篇，其中6篇被SCI收錄，1篇被EI收錄，以這一項目為基礎，培養了2名參研青年，3名碩士，1名博士，在國內外重要會議上作了報告，課題組高質量地完成了各項研究目標和任務。