延性金属动态拉伸断裂的微结构演化研究

Dynamic tensile fracture (spallation) is one of the important dynamic damage/fracture model and is also the research focus in the current academic fields. In order to reveal its process essence at different structural levels, the following work will be carried out based on multi-disciplinary alliance especially materials science perspective as well as theoretical/experimental coupling method, and the SEM/EBSD, TEM, quantitative OM ,one-stage light gas gun, VISAR and other advanced experimental techniques will be integrated used in the present project. The effects and evolution mechanism of microstructure characteristics such as the GBCD(grain boundary character distribution), grain size and grain orientation will be investigated during the dynamic tensile fracture process based on the multi-scale especially micro-scale observation combined with the accurate measurement of the free surface velocity changes with time. The dynamic tensile fracture model that can associate different scale as well as has the ability of physical description will be suggested in this work. New discoveries and breakthroughs in the correlation of the GBCD and dynamic tensile fracture which have not been explored in the past are expected to be achieved. The controlling principle and technique in materials science for the dynamic tensile fracture will try to be developed.. The material dynamic damage and fracture theories will be enriched and developed, and the experimental support and theoretical guidance about spllation controlling will be provided by the above researches.

动态拉伸断裂（层裂）是材料动态损伤断裂的一种重要模式，也是当下学界的研究热点。为揭示这一贯穿不同结构层次的过程本质，本项目立足于多学科交融尤其是“材料科学”的视角和理论-实验耦合的方法，综合运用SEM/EBSD、TEM、定量OM以及一级轻气炮、VISAR等先进的实验技术，在多尺度尤其是微观尺度上的材料学观测与表征、以及动态自由面速度随时间变化的实时精确测量的基础上，对晶界特征分布、晶粒大小、晶粒取向等微结构参量在延性金属动态拉伸断裂过程中的作用及其演化规律/机制予以透视与剖析，构建关联不同尺度且具有物理描述能力的材料动态拉伸损伤断裂理论模型，并期待在前人尚未探究的金属的晶界特征分布与动态拉伸损伤断裂相关性规律与机制等方面有新的发现和突破，力图发展出金属动态拉伸断裂的材料学调控原理和技术。 本项目的知识创新将丰富和发展材料动态损伤断裂理论，为金属的动态损伤断裂的控制提供实验支撑和理论指导

层裂是材料动态损伤断裂的重要模式，是当下学界的研究热点。本项目立足于多学科交融的视角和理论-实验耦合方法，集成XRCT、EBSD、OM、DPS等先进技术进行多尺度、多维度观测表征，对晶界特征、晶粒大小/取向等微结构参量对微孔洞演化影响的规律/机制予以透视与剖析，结论如下：. 1.二维OM和三维XRCT获得的损伤度分布一致，其它条件相同时，最大损伤度随冲击压力增大而增大、损伤在冲击应力方向的分布范围随冲击压力的增大而减小。. 2. Σ3晶界和多条Σ3晶界构成的三叉节点对损伤形核有抵抗作用；与板面法向夹角为67.5~90°的晶界比与板面法向夹角为0-22.5°的晶界孔洞更易形核；与平板撞击不同的是，损伤多形核于泰勒因子（TF）值较高的晶粒与其它晶粒构成的晶界上；没有观察到孔洞优先在终止孪晶晶界形核的倾向；在TF差值较大的晶粒构成的晶界上形核的孔洞、长大时没有明显的倾向性。. 3.晶粒尺寸为2~20μm时，损伤随晶粒尺寸的增大而减小；晶粒尺寸为20μm的试样中的孔洞多为球形和椭球形，而晶粒尺寸为2μm的试样中孔洞则多为板条形；晶粒尺寸为20μm试样损伤以孔洞形核和单独长大为主，而晶粒尺寸为2μm试样损伤则以孔洞贯通为主。. 4.滑移爆轰柱壳的层裂强度比相近冲击应力平板冲击层裂强度小；随冲击应力增大，孔洞的平均尺寸和最大损伤度增大；沿冲击应力方向，随应力增大孔洞分布范围减小；相同应力条件下，沿爆轰方向的层裂程度相对稳定；柱壳曲率导致孪生临界应力值提高。. 5.孪晶界和终止孪晶界对孔洞的形核有抑制作用；孔洞主要在TF高的晶粒与其它晶粒间的晶界形核、孔洞仍沿晶界长大；同时有较小TF的晶粒两侧的孔洞更倾向于聚集长大；随冲击应力在半径方向的分量与晶界的夹角增大，孔洞形核率升高。. 6.不同冲击应力试样中均有球状和杆状孔洞形成；在低冲击应力下，试样曲率导致层裂区应力分布不均是形成杆状孔洞的原因；在较大冲击应力下，孔洞独立长大、贯通而呈杆状孔洞。.已在Mater.Sci.Eng.A、Metall.Mater.Trans.A、J.Mater.Res.、App.Phy.A等国际著名刊物上公开发表论文15篇（其中二区10篇、三区3篇，中文论文2篇），另有1篇二区论文接收、2篇二区论文在审。.本项目的知识创新将丰富和发展动态损伤断裂理论，为动态损伤断裂的控制提供实验支撑和理论指导。