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蠕变预加载Ti6321钛合金的动态力学性能和绝热剪切研究

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 2035-2041页

作者：向霁旸宋雨宸王琳许玲玉闫志维李严星程兴旺北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学冲击环境材料技术国家级重点实验室北京100081 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 洛阳船舶材料研究所河南洛阳471023 北京理工大学唐山研究院河北唐山063000

蠕变加载对结构件的服役性能会产生一定的影响。本研究对等轴、双态、魏氏组织Ti6321钛合金进行蠕变预加载,对蠕变后的材料进行动态压缩试验,应变率为3000 s^(-1),研究经不同蠕变应力加载后的Ti6321钛合金动态力学行为。结果表明:蠕变... 详细信息

蠕变加载对结构件的服役性能会产生一定的影响。本研究对等轴、双态、魏氏组织Ti6321钛合金进行蠕变预加载,对蠕变后的材料进行动态压缩试验,应变率为3000 s^(-1),研究经不同蠕变应力加载后的Ti6321钛合金动态力学行为。结果表明:蠕变后钛合金的动态力学性能均表现出屈服温度下降,抗压强度上升。随蠕变应力增加,3种组织钛合金在动态压缩后的冲击吸收功增大,绝热剪切敏感性降低。未蠕变的钛合金经动态压缩后均产生相变带,等轴组织和双态组织钛合金蠕变预加载再经动态压缩后未失效,仅产生形变带,魏氏组织产生相变带导致失效。蠕变推迟了等轴组织和双态组织钛合金的绝热剪切相变的发生。

关键词： Ti6321钛合金蠕变动态压缩冲击吸收功绝热剪切

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石墨烯增强钛基复合材料研究进展

中国材料进展 2024年第3期43卷 212-221,229页

作者：穆啸楠张洪梅王宇北京理工大学材料学院北京100081 冲击环境材料技术国家级重点实验室北京100081

非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)具有高比强度、低密度、优异的耐蚀性等诸多特性,在航空航天、国防工业、交通运输等领域具有广泛的应用前景。石墨烯具有良好的本征物理和力学性能,是近年来的二维碳纳米“明星”材料,被视为极具潜力的DR... 详细信息

非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)具有高比强度、低密度、优异的耐蚀性等诸多特性,在航空航天、国防工业、交通运输等领域具有广泛的应用前景。石墨烯具有良好的本征物理和力学性能,是近年来的二维碳纳米“明星”材料,被视为极具潜力的DRTMCs纳米增强体。国内外研究者聚焦DRTMCs设计与制备,突破了低温快速成型和界面改性等关键技术,初步实现了界面精细调控和微观构型,获得石墨烯在钛基体中的本征增强,制备出强塑性匹配较好的DRTMCs。简要综述近些年来石墨烯增强钛基复合材料的设计方法和制备工艺,探讨界面反应、界面结构、微观构型等关键因素对复合材料力学性能和失效机制的影响规律,并提出石墨烯增强钛基复合材料未来的发展方向。

关键词：石墨烯钛基复合材料制备方法界面设计力学行为

堆垛层错能对CrMnFeCoNi系高熵合金动态力学性能与变形机制的影响

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金属学报 2024年

作者：尹仕攀孟泽宇贺竞瑶李泽洲张帆程兴旺北京理工大学材料学院北京理工大学冲击环境材料技术国家级重点实验室北京理工大学唐山研究院

为了探明堆垛层错能对CrMnFeCoNi系高熵合金动态力学响应行为的影响，本工作以具有不同堆垛层错能的等比例CrMnFeCoNi （35 mJ/m2）和非等比例Cr26Mn20Fe20Co20Ni14（23 mJ/m2）高熵合金为研究对象，通过准静态和动态压缩性能测试，对... 详细信息

为了探明堆垛层错能对CrMnFeCoNi系高熵合金动态力学响应行为的影响，本工作以具有不同堆垛层错能的等比例CrMnFeCoNi （35 mJ/m2）和非等比例Cr26Mn20Fe20Co20Ni14（23 mJ/m2）高熵合金为研究对象，通过准静态和动态压缩性能测试，对比研究了不同堆垛层错能CrMnFeCoNi系高熵合金的动态力学性能特点；利用EBSD和TEM技术观察分析了变形组织，研究了不同堆垛层错能高熵合金的变形机制。研究结果表明，动态压缩条件下CrMnFeCoNi和Cr26Mn20Fe20Co20Ni14均表现出显著的应变率强化效应，准静态、动态压缩条件下合金的流变应力、加工硬化指数和吸能能力均随着堆垛层错能的降低而增加。准静态变形时，CrMnFeCoNi变形以位错滑移为主；Cr26Mn20Fe20Co20Ni14以位错滑滑移和孪生为主。动态压缩变形时，孪生行为对变形的贡献增加,CrMnFeCoNi的变形模式主要为位错滑移和孪生；堆垛层错能更低的Cr26Mn20Fe20Co20Ni14在动态变形过程中除了位错滑移和孪生，还发生了孪晶交互作用与fcc-hcp相变以协调变形,该合金表现出更高的流变应力、加工硬化指数和吸能能力。可见，堆垛层错能的变化通过影响变形模式而实现高熵合金动态力学性能的提升。

关键词：高熵合金堆垛层错能动态变形力学性能变形机制

基于“新工科”的《热处理原理与工艺》类课程教学内容改革

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金属热处理 2024年第4期49卷 284-287页

作者：熊志平王迎春程兴旺北京理工大学材料学院冲击环境材料技术国家级重点实验室北京100081

《热处理原理与工艺》既是金属材料领域的核心课程,又和工程实践结合非常紧密。该课程一直沿用20世纪的教学大纲,教学内容过于陈旧,又由于该课程“理论性、抽象性、综合性与实践性强”,导致学生难以融会贯通,遇到实际热处理问题无从下... 详细信息

《热处理原理与工艺》既是金属材料领域的核心课程,又和工程实践结合非常紧密。该课程一直沿用20世纪的教学大纲,教学内容过于陈旧,又由于该课程“理论性、抽象性、综合性与实践性强”,导致学生难以融会贯通,遇到实际热处理问题无从下手。基于“新工科”对人才培养的新要求,需对课程内容进行系统的改革。首先,提取该课程的核心知识点——固态相变原理,并深化其教学,提高学生的理论水平。其次,通过精简钢材的传统热处理工艺,使学生更为系统地掌握热处理工艺。最后,通过融入新发展的热处理工艺,以及其他重要金属材料的相变和热处理工艺,进一步帮助学生深刻理解固态相变原理,并培养学生的创新性思维,使其具备解决金属材料热处理相关问题的能力。

关键词：材料科学固态相变新工科改革

无碳化物析出的无硅和无铝贝氏体钢热处理工艺开发

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钢铁研究学报 2024年第2期36卷 199-206页

作者：何金张超熊志平北京理工大学材料学院冲击环境材料技术国家级重点实验室北京100081

采用锰配分珠光体为初始组织的非均质贝氏体转变(PB)工艺,研究了非均质锰分布对Fe-0.39C-3.69Mn(质量分数,%)钢贝氏体转变的影响。结果表明,经盐浴炉快速加热到730℃短时保温90 s后,高温奥氏体继承了珠光体的非均质锰分布,从而调控了贝... 详细信息

采用锰配分珠光体为初始组织的非均质贝氏体转变(PB)工艺,研究了非均质锰分布对Fe-0.39C-3.69Mn(质量分数,%)钢贝氏体转变的影响。结果表明,经盐浴炉快速加热到730℃短时保温90 s后,高温奥氏体继承了珠光体的非均质锰分布,从而调控了贝氏体转变过程,因此获得了由富锰片层残余奥氏体和贫锰贝氏体铁素体构成的鬼珠光体。特别地,虽然试验钢中未添加Si、Al元素,但是在鬼珠光体区域却并没有发现碳化物的析出,表明得到了无碳化物贝氏体组织。这是由于,非均质锰分布片层式分割了高温奥氏体,其中原铁素体处的贫锰奥氏体稳定性不足,在等温阶段迅速发生贝氏体转变,而原渗碳体处的富锰奥氏体稳定性强,能够保持稳定。同时,C、Mn元素的强烈相互作用,驱动了C元素自贫锰区域向富锰区域的扩散,而且富锰区域和贫锰区域的纳米片层结构缩短了C元素的扩散距离,导致富锰奥氏体的C含量增加,从而进一步抑制了贝氏体转变和碳化物的析出。得益于鬼珠光体区域的相互堆叠的片层结构,在相同贝氏体转变温度下,PB工艺能够获得与传统贝氏体转变(CB)工艺相似抗拉强度(1043 MPa vs.1027 MPa),同时大幅提升了试样的塑性,其中断后伸长率从6.1%增加到11.5%,均匀伸长率从4.3%增加到7.6%。

关键词：鬼珠光体无碳化物贝氏体力学性能锰配分

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药型罩形状对活性聚能侵彻体成型的影响

北京理工大学学报 2024年第4期44卷 327-335页

作者：孙韬袁盈郑元枫余庆波陈鹏万王海福北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

结合理论与数值模拟,对3种不同形状药型罩活性聚能侵彻体的成型行为开展了研究.数值模拟结果表明,在聚能效应下,球缺罩和大锥角圆锥罩形成尾部带有碎片云的类杆状活性聚能侵彻体,而小锥角圆锥罩则形成活性射流.相比于活性射流,类杆状活... 详细信息

结合理论与数值模拟,对3种不同形状药型罩活性聚能侵彻体的成型行为开展了研究.数值模拟结果表明,在聚能效应下,球缺罩和大锥角圆锥罩形成尾部带有碎片云的类杆状活性聚能侵彻体,而小锥角圆锥罩则形成活性射流.相比于活性射流,类杆状活性聚能侵彻体速度较低,但凝聚性较好.进一步结合活性材料反应动力学方程,对活性聚能侵彻体成型激活反应行为进行分析.分析结果表明:活性射流激活区位于杵体外壁、射流头部和轴线附近;随炸高增加,激活区内活性材料反应不断加剧,特别是射流头部和轴线附近材料的反应,将导致活性射流膨胀发散,不利于侵彻;而类杆状活性聚能侵彻体激活区域主要集中在尾部碎片区和杆尾中心部位,化学反应对其影响相对较小.

关键词：活性材料聚能装药射流药型罩成型行为

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活性横向增强弹靶后横向效应实验与数值模拟

兵工学报 2024年第7期45卷 2270-2281页

作者：张甲浩郭萌萌周晟余庆波北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为揭示活性横向增强弹(Penetrator with Enhanced Lateral Effect,PELE)的靶后横向增强机理,开展活性PELE冲击钢靶毁伤效应实验,在钢靶后设置效应铝靶,得到不同前置钢靶厚度条件下的穿孔毁伤情况。基于点火增长模型建立活性PELE冲击爆... 详细信息

为揭示活性横向增强弹(Penetrator with Enhanced Lateral Effect,PELE)的靶后横向增强机理,开展活性PELE冲击钢靶毁伤效应实验,在钢靶后设置效应铝靶,得到不同前置钢靶厚度条件下的穿孔毁伤情况。基于点火增长模型建立活性PELE冲击爆燃反应过程的两步仿真分析模型。综合实验和仿真对活性PELE在780 m/s速度条件下冲击6~20 mm厚度范围内钢靶的靶后横向增强效应进行讨论,从效应靶毁伤、芯体反应、波相互作用及壳体破片飞散4个方面进行深入分析。分析结果表明:仿真分析模型有效模拟了活性PELE冲击靶板的爆燃反应过程;靶板厚度对活性PELE在效应靶上的穿孔散布尺寸影响显著,随着靶板厚度的增加,活性PELE的靶后横向增强效应先增大后减小;活性芯体的爆燃反应释能使壳体最大径向速度提高了40%以上。

关键词：活性横向增强弹活性材料冲击爆燃点火增长

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冲击作用下CL⁃20含能共晶的反应分子动力学模拟

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含能材料 2024年第1期32卷 49-64页

作者：伍俊英方汇璇尚伊平李钧剑王健宇陈朗北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

共晶技术是降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‐20)感度的有效方法之一,研究冲击作用下CL‐20共晶的化学反应,有助于理解CL‐20共晶的冲击反应机制,对炸药安全评价分析具有重要意义。本研究采用ReaxFF‐lg反应力场的分子动力学方法,同时结合... 详细信息

共晶技术是降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‐20)感度的有效方法之一,研究冲击作用下CL‐20共晶的化学反应,有助于理解CL‐20共晶的冲击反应机制,对炸药安全评价分析具有重要意义。本研究采用ReaxFF‐lg反应力场的分子动力学方法,同时结合非平衡加载方法,对CL‐20/2,5‐二硝基甲苯(DNT)、CL‐20/1,3‐二硝基苯(DNB)和CL‐20/1‐甲基‐3,5‐二硝基‐1,2,4‐三唑(MDNT)三种共晶在2~5 km·s^(-1)冲击速度下的冲击压缩过程进行了分子动力学模拟,获得了含能共晶在冲击作用后的热力学演化特征、初始化学反应路径和产物信息,并与CL‐20的情况进行了对比分析。研究发现:CL‐20/DNT、CL‐20/DNB和CL‐20/MDNT 3种共晶都有一定程度的降低冲击感度作用,3种共晶的冲击感度顺序依次为CL‐20/MDNT>CL‐20/DNB>CL‐20/DNT。3种共晶的分解反应均是从CL‐20分解开始,且CL‐20的分解速度比DNT、DNB和MDNT快。在2 km·s^(-1)冲击速度下,CL‐20共晶首先发生聚合反应,CL‐20与共晶配体分子间的聚合反应早于CL‐20分子间的聚合,且反应频次远高于CL‐20分子之间聚合。在3 km·s^(-1)的冲击条件下,CL‐20首先发生了N—N以及C—N键断裂,笼型结构被破坏,同时生成NO_(2),CL‐20初步断键后的结构及产物NO_(2)会进一步与共晶配体分子DNT、DNB、MDNT结合,降低CL‐20反应中间产物的浓度,达到降感作用。在4,5 km·s^(-1)冲击条件下,CL‐20中的环状骨架结构会直接遭到破坏,发生C—N键断裂,产生小分子碎片,直接生成N2,同时有NO_(2)、H_(2)、CO_(2)、H_(2)O等产物生成。

关键词：含能共晶反应力场分子动力学冲击波反应机理

铝纤维增强铝/聚四氟乙烯活性材料力学性能及反应特性

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兵工学报 2024年第5期45卷 1573-1581页

作者：赵涵任会兰宁建国北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为研究纤维含量对铝(Al)/聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)力学性能及反应特性的影响,针对模压烧结法制备的铝纤维增强型活性材料,采用材料试验机和冲击加载实验技术开展静态、动态力学响应和冲击反应研究,并结合细观结构特征... 详细信息

为研究纤维含量对铝(Al)/聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)力学性能及反应特性的影响,针对模压烧结法制备的铝纤维增强型活性材料,采用材料试验机和冲击加载实验技术开展静态、动态力学响应和冲击反应研究,并结合细观结构特征揭示纤维增强活性材料的变形失效机制。研究结果表明:Al纤维含量(质量比)为1%~4%时,随机分布的Al纤维抑制了基体内裂纹扩展,提高了Al/PTFE的静态屈服强度和动态抗压强度;Al纤维含量1%的动态力学性能最优,随着纤维含量的增加,Al纤维穿出基体的破坏是限制材料动力学性能持续增强的主要因素;在保证Al/PTFE理论释能不变的前提下,Al纤维的加入提高了Al/PTFE的冲击反应阈值,无纤维时最小反应比入射能为50.7 J/cm^(2),纤维含量增加至4%时提高到61.3 J/cm^(2),活性材料的冲击不敏感性得到提升。

关键词：铝纤维铝/聚四氟乙烯活性材料力学特性反应阈值