ZrCuNiAl块体非晶的Taylor撞击行为及侵彻性能

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以Zr50.7Cu28Ni9Al12.3块体非晶合金为研究对象,本文进行了其Taylor撞击实验和对低碳钢厚靶板的高速、超高速侵彻实验,研究了其动态力学行为。基于应力波理论对块体非晶合金Taylor撞击过程中的力学行为进行了理论分析,认为弹体撞击端在入射压缩波与侧面反射稀疏波的共同作用下,经历了一维应变状态(1-D State of Strain)到一维应力状态(1-D State of Stress)的变化,解释了观察到的拉应力条件下的破坏特征,认为其发生破坏的微观机理为自由体积失稳触发,变形产生的温升在变形局域化后促进软化。撞击产生的外部高温会促进失稳,并在变形局域化后叠加在变形温升的基础上加剧热软化效应。由于破坏过程为拉应力支配,且粘滞流动层高温影响下变厚,其裂纹尖端扩展方式在剪切转变和拉伸转变方式之间波动。根据其晶化相特征提出其晶化相为在高压影响下快速大量形核,在大应力偏量影响下局部的有序原子团相互靠近,粘连形成的大晶体组织。研究了高速(>200m/s)条件下块体非晶合金弹体侵彻低碳钢的过程中,弹体形状、侵彻速度对侵彻效果的影响。流体近似条件下理论分析表明,弹体越尖锐,受到的阻力越小;弹体速度越高,相同侵彻深度阻力越大。但强度效应影响下,同等侵彻深度时,弹体越尖锐,应力水平越高,越易屈服发生破坏,造成的靶板变形量越小,剩余的能量也越高,质量损失越严重。由于块体非晶合金强度大于靶体材料,而不锈钢强度低于靶体材料,造成能量释放的方式不同。因此速度的增加导致非晶合金侵彻效果减弱,而不锈钢侵彻效果增强,但高速水平下非晶合金的侵彻效果优于不锈钢。超高速(>800m/s)条件下,非晶合金边破碎边侵彻,造成弹体动能损失较快,因而弹坑较浅,但同时碎片的产生对弹坑径向的材料影响更大,所以影响层更深。而不锈钢由于塑性变形的连续性,因而侵彻深度深但影响区浅。侵彻过程中产生的形变造成靶板材料的加工硬化,而热量造成铁素体的再结晶,块体非晶合金熔融层对弹坑表面的覆盖使得热影响更为直接持久,导致了硬度的分布规律。应力应变的分布决定了绝热剪切带的分布位置,而撞击过程中产生的高温促进了热塑失稳的过程。
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