超高速撞擊條件下鎂合金損傷行為及其微觀機制

《超高速撞擊條件下鎂合金損傷行為及其微觀機制》是依託哈爾濱工業大學，由甄良擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超高速撞擊條件下鎂合金損傷行為及其微觀機制
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：甄良

項目摘要

輕質高強鎂合金在空間飛行器及新概念武器上具有良好的套用前景。而空間飛行器服役過程中遭遇各種空間碎片撞擊的可能性越來越大，因此研究鎂合金在超高速撞擊條件下損傷行為、建立起鎂合金抗超高速撞擊能力評價準則越來越重要和急需。本項目擬通過對鎂合金在不同超高速撞擊條件下巨觀及微觀變形與損傷行為的系統研究，揭示鎂合金在超高速撞擊條件下的巨觀變形與損傷規律，以及在超高速撞擊產生的極端條件下合金中特徵組織的形成規律、演化過程及其微觀結構與性能變化規律，豐富金屬材料的塑性變形與微觀組織演化理論。通過對不同組織結構鎂合金超高速撞擊條巨觀及微觀變形與損傷行為的系統研究，建立起鎂合金抗超高速撞擊能力評價準則，為鎂合金在空間領域的套用設計及可靠性評價奠定理論基礎。

結題摘要

本研究針對鎂合金高應變速率變形行為開展研究，系統研究了超高速撞擊條件下鎂合金巨觀損傷行為、微觀變形與損傷行為及其微觀機制、超高速撞擊條件下鎂合金典型微觀組織結構演變以及鎂合金組織性能對其超高速撞擊變形與損傷行為的影響等四方面的研究內容。研究基於彈坑形態及組織表征以及應力應變-溫度分布，揭示了宏/微觀變形與損傷規律以及特徵組織形成的過程機理。 研究表明，隨著撞擊速度的增加，彈坑由球冠形逐漸過渡到半球形。撞擊成坑過程中撞擊方向上的材料承受了最嚴重的動態變形，45°撞擊方向的材料次之、垂直撞擊方向上的材料變形程度最輕。彈坑周圍組織表征顯示，沿撞擊方向變形組織分布區域最寬，45°撞擊方向分布次之、垂直撞擊方向最窄。 撞擊速度高於某一閾值時，彈坑附近區域發生了強烈的絕熱剪下效應。隨著撞擊速度的增加，彈坑附近材料發生均勻塑性變形、應變局部化(形變帶)、白色侵蝕帶(轉變帶)直至開裂的演化過程，在不同變形階段、變形程度位置形成形變帶和轉變帶。形變帶以嚴重變形、碎化的晶粒為主，而轉變帶內形成細小等軸的再結晶晶粒。鎂合金轉變帶內細晶的形成應歸結於孿晶誘發的旋轉動態再結晶機制。 彈坑附近典型的微觀結構研究表明高速撞擊條件下鎂合金中主要形成了{2110}拉伸孿晶和{1110}壓縮孿晶，孿生方向分別為<1011>和<1012>。高速撞擊條件下彈坑附近超細晶Mg晶粒內部存在高密度的位錯結構，位錯滑移是超細晶Mg晶粒進一步塑性變形的主要方式。高速撞擊條件下形成的非晶組織是熔化、快速凝固的結果。 撞擊後彈坑附近材料的力學性能研究表明隨著撞擊速度的增加，撞擊後彈坑附近的動態屈服強度逐漸增大，而動態抗壓強度在一定的撞擊速度下存在極大值。超過臨界撞擊速度，撞擊後材料的動態抗壓強度隨著撞擊速度的繼續增加而降低。原位拉伸試驗研究表明撞擊誘發的微裂紋、微孔洞、絕熱剪下帶及孿晶界是主裂紋形核和擴展的主要路徑，大量缺陷的形成降低了材料抵抗繼續變形的能力。