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本文采用分离式霍普金斯压杆装置(SHPB)和扫描电镜电子通道衬度(SEM-ECC)、电子背散射衍射(EBSD)技术研究了不同取向疲劳态铜单晶、具有平行晶界的铜双晶和Zr基块体非晶在高应变速率(2×103~5×103/S)压缩下形成的绝热剪切带(ASB)。
实验结果表明:在疲劳态铜单晶体中形成的绝热剪切带内部典型的位错组态为位错胞结构,没有观察到再结晶现象。几何软化和材料的不均匀性很大程度上促进了绝热剪切带的形成。其中绝热剪切带形成的临界应变、剪切带空间位向和穿过剪切带的取向变化均与晶体初始取向有关:1)初始取向接近压缩临界双滑移取向的晶体绝热剪切局部化需要的临界应变最小,形成的剪切带空间位向很接近铜单晶体疲劳时形成的第二类形变带(DBII)平面,但是穿过其中剪切带时取向变化最大;2)压缩共轭双滑移取向晶体的临界应变稍大,形成的剪切带空间位向比较接近DBII平面,但是穿过其中剪切带的取向变化最小;3)单滑移和共面双滑移取向晶体需要的临界应变最大,形成的剪切带空间位向与DBII平面的夹角也最大,穿过其中剪切带的取向差居中。与孪晶变形方式不同,高应变速率变形时绝热剪切带内部晶格仍然沿滑移面上具有最大分切应力的滑移系滑移。基体晶格变形方式也以滑移为主,变形后形成单滑移或者双滑移组织。
铜双晶体中组元晶粒中的绝热剪切带出现的临界应变比相同取向单晶体中的要小得多。但是无论它是单晶体还是双晶体中的一个组元晶粒,其相同取向的晶体出现绝热剪切带的趋势是相同的。实验还观察到晶界处出现的大尺度的锯齿状突起,并解释了铜单晶、双晶体动态应力-应变曲线中各应力平台对应的变形机制。
在准静态和高应变速率加载条件下块体非晶Zr55Cu30Al10Ni5样品均沿着一个主剪切平面断裂。在准静态(1×104/s)应力-应变曲线上可以观察到特殊的锯齿状应力波动。在高应变速率下曲线则出现显著的应变软化,尤其在达到应力峰值以后。绝热环境下自由体积的增加可能导致了初始的应变软化,而随后的剪切带内显著温升则大大促进了这一过程。在准静态加载下样品的断裂面与加载轴约成42°夹角。在应变率为3.4×103/s时,约成37°夹角。不同应变速率下的剪切断裂角表明Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金的断裂遵守Mohr-Coulomb准则。实验观察还发现,样品断裂表面的脉络花样随着应变率的变化而发生转变。在高速冲击压缩下,脉络花样转变为树枝状花样,此时的剪切带以一种类似于流体的方式快速扩展,其特征尺寸符合Taylors理论预测。