NiTi合金作为一种性能优异的功能材料,已拓展应用至航空、航天器伸缩部件、建筑地震防护装置等领域,这些应用面临高速碰撞下高压、高应变率的复杂环境,研究和掌握动态载荷下NiTi合金的响应行为,科学上可以系统认识其物理力学特性,工程上可以为其工业应用优化设计提供指导依据。本论文选题“冲击压缩/拉伸载荷下Ni52Ti48合金的微结构特征及其形成机制研究”,从实验和分子动力学数值模拟两个方面,深入系统地研究冲击压缩和拉伸动态载荷下,多晶Ni52Ti48合金塑性变形下的微结构特征、演化规律及其形成机制。获得的主要研究进展和结果如下:(1)基于磁驱动实验装置CQ-4,利用磁驱动飞片冲击压缩、动量陷阱样品回收实验技术和电子背散射衍射(EBSD)金相显微分析技术,研究了冲击加载压力34 GPa以下N52Ti48合金样品的微结构特征。结果表明,经过高压力冲击波压缩后,回收样品中发现了高密度位错、变形孪晶和新晶粒等微结构,并且小角度晶界比例明显上升,材料经历了明显的塑性变形。EBSD结果没有观测到奥氏体至马氏体的相变痕迹,与实验测量得到的波剖面和冲击波速度-粒子速度呈现的结果一致。(2)基于验证的EAM势函数,利用LAMMPS开展分子动力学数值模拟,重现了实验条件下N52Ti48合金样品的微结构特征,即冲击压缩下Ni52Ti48合金形成了位错、变形孪晶和新晶粒。在此基础上,系统研究了不同初始环境温度300 K和500 K以及不同冲击速度0.6 km/s、0.8 km/s和1.0 km/s条件下Ni52Ti48合金样品的微结构特征及其演化规律,探讨了冲击压缩下变形孪晶和新晶粒的形成机制。主要认识和结论为:·Ni52Ti48合金{112}孪晶可以通过1/3[111]位错在{112面上的连续滑移形成。孪晶的产生位置可能位于三叉晶界处、不同类型位错相互作用区域、同类型位错割阶等。孪晶可能产生于冲击压缩加载过程,也可能产生于稀疏波卸载过程。两种初始环境温度只对冲击压缩产生的孪晶有影响,而卸载过程产生的孪晶不受初始环境温度影响,这可能是冲击温升远高于初始环境温度的差异(200 K)造成的。·大/小角晶界处同时激发的具有相同滑移系的一系列位错可以导致晶粒旋转,当大角晶界、小角晶界同时存在于晶粒内部时,冲击加载过程中激发的位错在晶粒内部发生相互作用,可能导致新晶粒的产生。较高的初始环境温度(500 K)对于新晶粒的形成有明显的影响,其可能导致晶界软化,增加大角晶界处位错产生的难度,因此在初始环境温度500 K下,新晶粒的产生需要更高的冲击速度。(3)利用磁驱动飞片冲击-卸载和软回收实验技术,开展了Ni52Ti48合金样品的层裂强度和回收样品的微结构特性研究。实验冲击加载压力由3 GPa增加至约13 GPa,波剖面结果表明,该压力范围内Ni52Ti48合金的层裂强度约为3±0.2 GPa,Hugoniot弹性极限为3.0GPa。回收样品的EBSD结果表明,与压缩样品不同,拉伸样品层裂区晶粒完全被拉长和破碎,形成大量的微小晶粒,取向变化较大,且孪晶特征出现概率减少。层裂发生过程中,材料内部在大变形过程中,同时发生再结晶,这与压缩条件类似,并且在位错密度较高位置形成亚结构(亚晶粒)。随着加载应力值提高,层裂区晶粒碎化严重,形成大量的微小晶粒,取向变化较大,反映材料在层裂区域具有很大的塑性变形和再结晶趋势。(4)利用分子动力学数值模拟方法,系统研究了不同初始环境温度(300 K-1000 K)下的动态拉伸下N52Ti48合金的层裂强度,以及不同初始环境温度和冲击速度条件下的层裂熔化特性。主要认识和结论为:·得到1010s-1拉伸应变率、不同初始环境温度下的层裂强度,与实验结果相比较,Ni52Ti48合金的层裂强度具有明显的应变率效应。N52Ti48合金冲击压缩温升远低于压力增加所导致的熔点上升,故Ni52Ti48在冲击压缩过程不会发生熔化;冲击拉伸过程中Ni52Ti48熔点低于初始熔点,发生熔化。·随着初始环境温度的增加(300 K-1000K),层裂强度降低;随着冲击速度的增加,层裂区域宽度逐渐增加。