表面加工完整性对金属圆管冲击膨胀断裂行为影响的研究

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1、密级：非密中图分类号：TG156硕士学位论文表面加工完整性对金属圆管冲击膨胀断裂行为影响的研究研究生：周强导师：刘龙飞学科：材料科学与工程研究方向：材料微结构与性能2018年6月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterStudyontheEffectofSurfaceProcessingIntegrityonImpactExpansionFractureBehaviorofMetalTubesCandidate：Zhou-QiangSupervisorandRan

2、k：Liu-LongfeiProfessor表面加工完整性对金属圆管冲击膨胀断裂行为影响的研究学位类型学术型学位作者姓名周强作者学号15010302009学科（专业学位类别)材料科学与工程研究方向（专业领域)材料微结构与性能导师姓名及职称刘龙飞教授实践导师姓名及职称所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年6月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。本人授权湖南科技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：年月日摘要金属柱

4、壳的动态断裂问题一直是武器装备研究和工程实践中一直关注的重点问题之一。现有的研究主要集中在体材料和结构参数对其断裂的问题上，少有关于表面加工完整性各物理量对薄壁金属柱壳冲击膨胀断裂机理的影响。本文拟以HR2钢薄壁金属圆管为研究对象，采用热处理方式对圆管机加工后表面各物理量进行解耦，研究各个影响因素（粗糙度、残余应力、塑性层）对圆柱管膨胀断裂机理的影响。通过SHPB压杆实验技术、宏微观检测分析及数值模拟等手段研究圆管发生膨胀断裂过程中裂纹萌生、扩展及其断裂的整个过程及现状。主要研究结论如下：（1）

5、HR2钢薄壁金属圆管表面粗糙度为0.058μm时膨胀断裂效果最小，粗糙度为0.696μm时膨胀断裂程度最大。表面处发生塑性变形、开裂滑移产生微裂纹及滑移线。断口为沿晶穿晶特征、韧窝特征、二次裂纹特征；韧窝为等轴韧窝、剪切韧窝以及拉剪混合型韧窝。（2）HR2钢薄壁金属圆管表面加工残余应力为压应力，残余应力为222.5MPa的试样没有发生膨胀断裂，残余应力为285.0MPa的试样发生了最大程度的膨胀断裂。裂纹萌生于内外表面，断口附近有绝热剪切带形成。断口由二次裂纹、分割台阶、韧窝特征与沿晶和穿晶解理

6、断裂特征组成，韧窝为等轴韧窝和剪切韧窝。（3）HR2钢薄壁金属圆管表面加工塑性层为7.86μm厚的样品发生了最大程度的膨胀断裂，而17.15μm厚的样品没有发生膨胀断裂。裂纹萌生于试样表面，表面处有滑移线产生，断口处晶粒有局域化现象。断口为拉伸等轴韧窝特征、二次裂纹、分割台阶特征。综上，探讨了表面加工完整性各物理量对HR2钢薄壁金属圆管冲击膨胀断裂机理的影响，实验研究分析得到裂纹的萌生、扩展受应力状态的影响，表面加工粗糙度越大越易发生膨胀断裂，为拉伸型、剪切型、拉剪混合型断口，受拉伸剪切应力的作

7、用；表面加工残余应力越大越易发生断裂，为拉伸型、剪切型断口，受拉伸应力、剪切应力的作用；表面加工塑性层越大越不易发生膨胀断裂，为拉伸型断口，受拉伸应力的作用。关键词：薄壁金属圆管；膨胀断裂；表面粗糙度；残余应力；塑性层iiiAbstractThedynamicfractureofmetalcylindricalshellshasalwaysbeenoneofthekeyproblemsinweaponequipmentresearchandengineeringpractice.Theexist

8、ingresearchesmainlyfocusonthefractureofbulkmaterialsandstructuralparameters.Thereislittleeffectontheimpactexpansionfracturemechanismofthin-walledmetalcylindricalshellsbythephysicalparametersofsurfaceprocessingintegrity.Inthispaper,theHR2steelthin-wal