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本文通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、背散射衍射取向分析技术(EBSD)、以及透射电子显微镜(TEM),从宏观到微观系统地分析了Al-5.8Cu铝合金(2519-T87)靶材弹坑周围形成的高速冲击变形组织,及其各种特征组织对靶材抗冲击性能造成的影响;同时对析出第二相尺寸大小及分布对抗冲击性能的影响规律进行了探讨;分析了弹坑周围冲击织构取向特征;计算并分析了冲击过程靶材的应变率和冲击压力;分析了材料在高速冲击过程中的主要失效机制。
实验结果表明,不同冲击速度下形成的冲击弹坑周围均发生极速塑性变形,弹坑侧壁主要形成剪切带,绝热剪切带,裂纹,变形带及流变组织。在弹坑底部发现了再结晶层和微带组织。其中剪切带,绝热剪切带均易成为裂纹扩展通道,降低材料抗冲击性,导致材料最终失效。而微带组织和变形带组织在变形区均匀分布,有利于材料抗冲击性能的提高。靶材中时效析出沉淀相Al,Cu的尺寸、分布,在冲击过程中对靶材的冲击性能产生不同的影响。
弹坑侧壁及底部由于冲击过程晶粒转动,碎化及位错滑移被激活,形成大量的大角界面GNBs和小角度界面IDBs。靶材基体的原始晶粒取向分布呈现随机特征,而经冲击变形后弹坑侧壁形成了黄铜织构,{110}<112>/(35°,45°,0°),取向集中于[112]取向。弹坑底部取向集中于[117]取向,但未发现任何特征织构。
计算分析结果表明,实验冲击速率范围内弹坑周围受到的最大应变速率达到104s-1,理论瞬时最大冲击压力均大于绝热剪切临界应力。以同等高速冲击时,口径大的弹体冲击对靶材产生的平均冲击力较大。实验结果观察表明,2519-T87铝合金靶材的两种主要冲击失效机制为塑性扩孔和冲塞破坏。冲击速度极高时,伴随崩落失效现象发生。