爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究

王金相 周楠 王小绪 杭逸夫

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爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究

    通讯作者: 王金相, wjxdlut@sina.com

Study on the Grain-Size Distribution Rule and Influence Factors of Nanocrystalline Copper Fabricated under Explosive Loading

    Corresponding author: WANG Jin-Xiang, wjxdlut@sina.com ;
  • 摘要: 采用爆炸动态加载使粗晶铜发生高应变率塑性大变形的方法制备了纳米晶铜。利用X射线衍射法对其晶粒度进行了检测,借助于LS-DYNA3D非线性有限元程序对试样变形过程进行了数值模拟,在此基础上对应变和应变率进行了统计,分析了宏、细观应变对晶粒细化程度的影响。结果表明:采用爆炸加载法可制备出纳米晶铜,平均晶粒度范围可有效控制在100 nm以内;爆炸加载过程中应变率高达104 s-1,应变的提高有利于晶粒细化;在爆炸加载方向晶粒度成不均匀分布。
  • [1] Morris D G. Mechanical Behavior of Nanostructured Materials [M]. Geneva: Trans Tech Pub Inc, 1998.
    [2] Wang H T, Yang W. Mechanical Behavior of Nanocrystalline Metals [J]. Adv Mech, 2004, 34(3): 314-326. (in Chinese)
    [3] 王宏涛, 杨卫. 纳米金属的力学行为 [J]. 力学进展, 2004, 34(3): 314-326.
    [4] Sanders P G, Eastman J A, Weertman J R, et al. Elastic and Tensile Behavior of Nanocrystalline Copper and Palladium [J]. Acta Mater, 1997, 45(10): 4019-4025.
    [5] Lu L, Li S X, Lu K, et al. An Abnormal Strain Rate Effect on Tensile Behavior in Nanocrystalline Copper [J]. Scripta Mater, 2001, 45(10): 1163-1169.
    [6] Zhang L D, Mou J M. Nano-Materials and Nano-Structure [M]. Beijing: Science Press, 2001. (in Chinese)
    [7] 张立德, 牟季美. 纳米材料和纳米结构 [M]. 北京: 科学出版社, 2001.
    [8] Benkassem S, Capolungo L, Cherkaoui M. Mechanical Proerties and Multi-Scale Modeling of Nanocrystalline Materials [J]. Acta Mater, 2007, 55(10): 3563-3572.
    [9] Lichtenberger A, Bohmann A. Influence of Structure and Metallurgical State of a Liner on the Performance of a Shaped Charge [A]//Proceeding of the 6th International Symposium on Ballistics [C]. Orlando, 1981.
    [10] Li A M, Zhang X Y, Zhao X C, et al. Progress in Preparation Technology and Mechanical Properties of Nanocrystalline Bulk Metals [J]. Materials Review, 2007, 21(4): 111-116. (in Chinese)
    [11] 李安敏, 张喜燕, 赵新春. 纳米晶金属块体材料制备技术与力学性能研究进展 [J]. 材料导报, 2007, 21(4): 111-116.
    [12] Gleiter H. Nanostructured Materials: State of the Art and Perspectives [J]. Nanostructured Materials, 1995, 16: 3-14.
    [13] Valiev R Z, Alexandrov I V. Bulk Nanostructured Materials by Severe Plastic Deformation [M]. Lin B N, Translated by Lin B N. Beijing: Science Press, 2006. (in Chinese)
    [14] Valiev R Z, Alexandrov I V. 剧烈塑性形变纳米材料 [M]. 林柏年, 译. 北京: 科学出版社, 2006.
    [15] Champion Y, Langlois C, Gurin S, et al. Analysis of Ductility of Nanostructured Copper Prepared by Powder Metallurgy [J]. Eng Fract Mech, 2008, 75(12): 3624-3632.
    [16] Jankowski A F, Saw C K, Harper J F, et al. Nanocrystalline Growth and Grain-Size Effects in Au-Cu Electrodeposits [J]. Thin Solid Films, 2006, 494(1-2): 268-273.
    [17] Chen F, Yang L M, Zhang M H. Producing Nano-Structured Copper Specimens under the High Strain Rate Load and Severe Plastic Deformation [J]. Journal of Ningbo University (Natural Science Engineering Edition), 2006, 19(4): 481-485. (in Chinese)
    [18] 陈锋, 杨黎明, 张明华. 用高应变率大应变载荷制备纳米晶铜试件 [J]. 宁波大学学报(理工版), 2006, 9(4): 481-485.
    [19] Deng X L, Zhu W J, He H L, et al. Plasticity Mechanism Associated with Nano-Void Growth under Impact Loading along 〈111〉 Direction in Copper [J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2007, 21(1): 59-65. (in Chinese)
    [20] 邓小良, 祝文军, 贺红亮, 等. 沿〈111〉晶向冲击加载下铜中纳米孔洞增长的塑性机制研究 [J]. 高压物理学报, 2007, 21(1): 59-65.
    [21] Johnson G R, Cook W H. Fracture Characteristics of Three Metals Subjected to Various Strain Rates, Temperatures and Pressures [J]. Eng Frac Mech, 1985, 21(1): 31-48.
    [22] Editorial Group of Explosion and Its Effect by the Eighth Department of Beijing Institute of Technology. Explosion and Its Effect [M]. Beijing: National Defense Industry Press, 1979: 274-280. (in Chinese)
    [23] 北京工业学院八系《爆炸及其作用》编写组. 爆炸及其作用 [M]. 北京: 国防工业出版社, 1979: 274-280.
    [24] Johnson G R, Cook W H. A Constitutive Model and Data for Metals Subjected to Large Strain, High Strain Rates and High Temperatures [A]//Proceedings of the Seventh International Symposium on Ballistic [C]. The Netherlands: The Hague, 1983: 541-547.
    [25] Zhang B, Shim V P W. Determination of Inelastic Heat Fraction of OFHC Copper through Dynamic Compression [J]. Int J Impact Eng, 2010, 37(1): 50-68.
    [26] Cooper S R, Benson D J, Nesterenko V F. A Numerical Exploration of the Role of Void Geometry on Void Collapse and Hot Spot Formation in Ductile Materials [J]. Int J Plasticity, 2000, 16: 525-540.
  • [1] 周文戈谢鸿森赵志丹周辉郭捷 . -石英相变的应变参数计算及其地质意义. 高压物理学报, 2002, 16(4): 241-248 . doi: 10.11858/gywlxb.2002.04.001
    [2] 李新娥祖静徐鹏 . 新型应变式高膛压测试系统研制. 高压物理学报, 2011, 25(4): 310-316 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.04.004
    [3] 陈丁丁卢芳云林玉亮蒋邦海 . 某含铝PBX压缩性能的应变率与温度效应. 高压物理学报, 2013, 27(3): 361-366. doi: 10.11858/gywlxb.2013.03.007
    [4] 王子豪郑航文鹤鸣 . 金属材料在极高应变率下的力学性能测试. 高压物理学报, 2020, 34(2): 024102-1-024102-8. doi: 10.11858/gywlxb.20190794
    [5] 王婧任会兰申海艇宁建国 . 应变率和孔隙率对规则多孔钛压缩力学性能的影响. 高压物理学报, 2017, 31(4): 364-372. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.003
    [6] 王婧任会兰申海艇宁建国 . 应变率和孔隙率对规则多孔钛压缩力学性能的影响. 高压物理学报, 2017, 31(4): 364-372. doi: 10.11858/gywlxb.2017.00.003
    [7] 于万瑞 . 高应变率下材料行为的分子动力学研究. 高压物理学报, 1989, 3(2): 143-147 . doi: 10.11858/gywlxb.1989.02.006
    [8] 李茂生王正言陈栋泉王晓莎 . 与密度、温度、压强以及应变率相关的弹塑性本构模型. 高压物理学报, 1992, 6(1): 54-57 . doi: 10.11858/gywlxb.1992.01.008
    [9] 王铁福王雷阮文俊赵同虎 . 药型罩材料的晶粒度对射流性能的影响. 高压物理学报, 1996, 10(4): 291-298 . doi: 10.11858/gywlxb.1996.04.009
    [10] 施尚春董石黄跃周鸿仁 . 镀膜锰铜压阻计结晶问题研究. 高压物理学报, 2001, 15(4): 254-258 . doi: 10.11858/gywlxb.2001.04.003
    [11] 孟阳文鹤鸣 . 钢筋混凝土靶板在弹丸冲击及爆炸载荷下响应的数值模拟. 高压物理学报, 2011, 25(4): 370-378 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.04.014
    [12] 吴会民卢芳云卢力王志兵 . 压缩加载下三种含能材料细观破坏特征观察. 高压物理学报, 2005, 19(3): 213-218 . doi: 10.11858/gywlxb.2005.03.004
    [13] 周艳平阎学伟杜森林马贤锋崔硕景赵伟 . 不同六方氮化硼向立方氮化硼的转化行为. 高压物理学报, 1995, 9(1): 5-12 . doi: 10.11858/gywlxb.1995.01.002
    [14] 顾惠成李凤英王积方陈良辰 . 百吉帕超高压下Ag的X光衍射实验和研究. 高压物理学报, 1994, 8(1): 69-72 . doi: 10.11858/gywlxb.1994.01.012
    [15] 翁继东李英雷陈宏叶想平叶素华谭华刘仓理 . 全光纤位移干涉技术在SHPB实验测量中的应用. 高压物理学报, 2018, 32(1): 013201-1-013201-6. doi: 10.11858/gywlxb.20170533
    [16] 钟卫洲宋顺成谢若泽黄西成 . Ta-10W合金压缩力学性能实验研究. 高压物理学报, 2010, 24(1): 49-54 . doi: 10.11858/gywlxb.2010.01.009
    [17] 董玉斌张万甲经福谦韩钧万陈大年苏林祥封加波 . 动态断裂过程的数值分析及LY-12铝的层裂. 高压物理学报, 1988, 2(4): 305-312 . doi: 10.11858/gywlxb.1988.04.003
    [18] 苏灏扬许金余高志刚李志武杨坤 . 陶瓷纤维对普通硅酸盐混凝土的强韧化效应. 高压物理学报, 2013, 27(1): 69-75. doi: 10.11858/gywlxb.2013.01.010
    [19] 雷忠琦姚小虎龙舒畅常建虎王海波 . 聚苯乙烯泡沫材料的动态压缩特性. 高压物理学报, 2019, 33(2): 024202-1-024202-10. doi: 10.11858/gywlxb.20180655
    [20] 张红平李牧阚明先王刚华种涛 . 准等熵压缩实验中金属铝的热力学耗散分析. 高压物理学报, 2015, 29(3): 169-177. doi: 10.11858/gywlxb.2015.03.002
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-05-24
  • 录用日期:  2010-10-26
  • 刊出日期:  2011-12-15

爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究

    通讯作者: 王金相, wjxdlut@sina.com
  • 1. 南京理工大学,江苏南京 210094;
  • 2. 南京宝泰特种材料有限公司,江苏南京 211100

摘要: 采用爆炸动态加载使粗晶铜发生高应变率塑性大变形的方法制备了纳米晶铜。利用X射线衍射法对其晶粒度进行了检测,借助于LS-DYNA3D非线性有限元程序对试样变形过程进行了数值模拟,在此基础上对应变和应变率进行了统计,分析了宏、细观应变对晶粒细化程度的影响。结果表明:采用爆炸加载法可制备出纳米晶铜,平均晶粒度范围可有效控制在100 nm以内;爆炸加载过程中应变率高达104 s-1,应变的提高有利于晶粒细化;在爆炸加载方向晶粒度成不均匀分布。

English Abstract

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