冲击载荷下多晶钽中穿晶孔洞的形核和长大特性研究

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1、学校代码10530学号201510131276分类号TN305密级公开硕士学位论文冲击载荷下多晶钽中穿晶孔洞的形核和长大特性研究学位申请人程敏指导教师李正教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向材料测控技术与装备二〇一八年五月Intragranularvoidformationinshock-spalledtantalum:MechanismsandgoverningfactorsCandidateMinChengSupervisorProfessorZhengLiCollegeSchoolofMaterialsS

2、cienceandEngineeringProgramMaterialsControlTechnologyandEquipmentSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay，2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

3、对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要钽金属材料，具有高冲击阻抗与断裂韧性等特性，是一种重

4、要的工程材料，被广泛应用于众多尖端科技领域，如用作飞机发动机燃烧室的结构材料。在上述应用中，获悉钽金属在高应力和高应变率条件下的动态响应，对于预测工程材料的破坏和演化以及地面和地外撞击事件是至关重要的。目前，针对钽金属在冲击条件下的响应有了不少的研究，但是这些研究多是集中在利用Hopkinson拉压杆系统(应变率102-104s−1)对钽金属的动态拉伸压缩性能进行研究，而对钽金属在高应变率平板撞击的条件下(~106s−1或者更高应变率)的力学响应方面的研究比较欠缺。因此，本文旨在研究钽金属在高应变率下的力学响应及塑性变形机理，拓宽对钽

5、在冲击下塑性变形机理的认识，对钽金属材料在工程上的应用具备重要指导意义。本文以高纯度(99.99%)多晶钽为研究对象，通过一系列一维平板冲击实验，分析了晶体微观结构和加载条件对多晶钽中层裂孔洞的形核机理。主要研究内容包括：(1)通过四组不同的平板撞击实验，探究了不同的加载条件对多晶钽层裂强度的影响。在加载条件相同对的情况下，仅改变样品的晶粒度，两组实验样品拥有近似的Hugoniot弹性极限值，均接近3.9GPa；当样品的晶粒度由20μm增加到40μm时，多晶钽的层裂强度大约增加了6%；当仅改变冲击加载的压力，随着冲击速度从327m/s

6、提高到443m/s时，多晶钽的层裂强度增加了20%左右。(2)通过对比不同晶粒度的多晶钽层裂实验，实验发现：晶粒度较小的样品相对于晶粒度较大的样品更容易诱导穿晶和沿晶孔洞的形核；穿晶孔洞倾向于在晶粒内部靠近晶界附近的区域形核，穿晶孔洞的数量比沿晶孔洞的数量多，但是孔洞的体积比沿晶孔洞体积更小；另一方面，孪晶/穿晶倾向于在高角度/中角度晶界附近产生，并且对晶粒的取向有强/弱的依赖性，晶界协调应力和剪切分量为孪晶或者滑移系统提供应力，而该应力和剪切分量分别取决于晶界取向和晶粒取向。这两种方式都可以对单个孪晶对提供充足的剪切应力，但是只有前

7、者可以为多滑移提供复合应力。(3)通过对不同晶粒度的多晶钽冲击模拟仿真，可以得出：晶界诱导产生的位于晶界附近的多滑移和滑移-滑移之间相互交叉的区域，比较容易成为穿晶孔洞产生的潜在形核点。晶界诱发的多滑移、滑移-滑移交叉和应变局部化是形成穿晶形成的前提条件。关键词：多晶钽；晶粒度；孔洞形核机理；晶界；滑移-滑移交互IAbstractBecauseoftheirhighshockresistanceandfracturetoughnessandothercharacteristics,tantalummetalholdspromisefo

8、rlightweightstructuralapplicationsinmanyadvancedtechnologyandautomotiveindustries,suchasaircraftenginecombusti