《高應變率與大載荷下納米晶銅形成的細觀機理研究》是依託南京理工大學，由王金相擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高應變率與大載荷下納米晶銅形成的細觀機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王金相
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
首次提出爆炸載入製備納米晶銅的方法，該方法可避免外來污染，並可在更大應變率範圍和更大應變範圍內實現粗晶銅的納米晶化。重點解決以下三個問題：（1）定量表征不同應變率、不同應變對晶粒細化程度的影響；（2）以絕熱壓縮和衝擊波耗散引起的整體升溫機制為基礎建立巨觀溫升計算模型，從細觀角度將晶粒的變形、晶格的畸變、位錯演化、孿晶形成等材料學現象同微納米尺度傳熱相結合，研究爆炸載入下晶粒組織的演變過程和納米晶形成規律；（3）改進晶粒和晶界本構關係並確定相關參數，以有限元法模擬熱力耦合的晶粒演變行為，探索應變率、應變、細觀傳熱、材料特性、載荷特性等因素對晶粒細化機制的影響。本項目的開展將促進爆炸與衝擊動力學和材料學的學科交叉。對納米晶形成的細觀機理的研究，有利於使該技術向更精細的方向發展，與現代材料學的精細程度相吻合。
結題摘要
自從德國科學家H.Gleiter首次成功地製備出具有清潔界面的納米晶體材料以來，對於納米晶體材料的製備方法、材料特性、變形機制以及實際套用等各方面的研究都已取得了重大進展，納米晶體材料已經成為目前凝聚態物理學與材料科學等學科領域的一個重點研究方向。 本項目採用爆炸動態載入使粗晶銅發生高應變率塑性大變形的方法製備出了納米晶銅，並開展了以下研究工作。首先，在實驗上，對厚度為20mm和60mm兩種圓柱純銅件分別採用不同的裝藥厚度沿軸向進行了爆炸載入，然後採用日本理學公司的D/Max2500VL/PC型陽極轉靶X射線衍射儀分別對爆炸載入實驗後的試件進行了X射線衍射分析，對試件的晶粒平均尺寸進行了檢測。其次，通過採用MTS810材料試驗機和Φ14.5mm的霍普金森壓桿分別對納米晶銅的準靜態及動態力學性能進行實驗研究，以此為基礎擬合確定納米晶銅的Johnson-Cook本構參數，並藉助於LS-DYNA3D有限元程式對爆炸載入過程進行數值模擬，以此為基礎分析應變、應變率因素對晶粒細化程度的影響。最後，以實驗結果為依據，從巨觀角度建立衝擊絕熱壓縮過程中的整體升溫機制，從細觀角度建立微尺度下的材料學現象同細觀傳熱相耦合的晶粒溫升計算模型；以實驗結果配合計算結果，探討爆炸載入法對納米晶形成的細觀機理。 通過研究結果表明：採用爆炸動態載入法可以成功製備出納米晶銅，並且數值模擬可以有效地描述試件的爆炸載入衝擊壓縮過程，結合實驗結果得出應變、應變率的增加有利於晶粒的細化。通過對於巨觀整體溫升以及細觀局域溫升的理論計算，得出爆炸動態載入下納米晶銅具有很好的熱穩定性。通過採用透射電鏡（TEM）觀察分析，該方法下晶粒的細化機制為位錯運動和變形孿晶共同作用的結果。
