7075铝合金管绝热剪切带的微观结构及第二相对其自组织行为的影响

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借助于厚壁筒(Thick-walled cylinder,TWC)外爆压缩试验在7075铝合金圆管中获得绝热剪切带(Adiabatic shear bands,ASBs)。在金相显微镜下观察到两种形貌不同的剪切带,一种为形变带而另一种为转变带。部分剪切带已经发展为裂纹,裂纹往往从转变带而不是形变带演化而来。透射电镜观察发现转变带中部形成大小约为100nm以内的等轴晶,靠近基体为沿剪切方向拉长的晶粒,基体的晶粒要比剪切带内晶粒大两个数量级。计算表明剪切带内温度超过了该合金的再结晶温度。剪切带内形成超细晶是因为发生了动态再结晶。剪切带内显微硬度远高于基体的硬度。   通过金相观测了7075-T73状态铝合金圆管横截面绝热剪切带的自组织行为,ASBs首先在铝管内壁生成,沿最大剪切力方向螺旋向外扩展,并沿顺时针方向或逆时针方向呈周期性分布,但总体上沿顺指针方向的剪切带数目大约是逆时针方向的两倍;退火态样品在TWC试验相同条件下未形成剪切带。用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值模拟,将结构分析和热分析结合起来,模拟了剪切带形成与发展的热力耦合演变过程;建立均匀形核和非均匀形核两种有限元模型,结果表明非均匀模型与T73状态剪切带自组织现象的实验观测更加相近,非均匀模式下剪切带的间距大于均匀形核模型的间距,而且剪切带扩展方向的择优趋势更加明显;首次在非均匀模型下金属基体中引入两类质点(第二相)--硬质点和软质点,并模拟了其对剪切带的形核时间和扩展路径的影响:软质点使剪切带形核时间提前,应力塌陷首先发生在软质点所在区域,大多数剪切带穿越软质点:引入硬质点的模型中,剪切带扩展路径靠近质点而不是穿越质点;模拟中退火态和实验观测一样也未形成剪切带。在相同条件下,7075铝合金退火态剪切带形成需要跨越的能垒约为T73状态的2.5倍,退火态不容易发生绝热剪切现象,这和实验以及模拟结果吻合。
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