Полоса адиабатического сдвига
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2008 г. ) |
В физике , механике и технике полоса адиабатического сдвига является одним из многих механизмов разрушения , возникающих в металлах и других материалах, которые деформируются с высокой скоростью в таких процессах, как формовка металлов, механическая обработка и баллистическое воздействие. [ 1 ] Полосы адиабатического сдвига обычно представляют собой очень узкие полосы, обычно шириной 5–500 мкм и состоящие из материала с сильным сдвигом. Адиабатический – это термодинамический термин, означающий отсутствие теплопередачи – выделяемое тепло сохраняется в зоне, где оно создается. (Противоположный крайний вариант, когда все выделяемое тепло отводится, является изотермическим .)
Деформация
[ редактировать ]Необходимо включить некоторые основы пластической деформации , чтобы понять связь между выделяемым теплом и совершаемой пластической работой. Если мы проведем испытание на сжатие цилиндрического образца, скажем, до 50% его первоначальной высоты, напряжение рабочего материала обычно значительно увеличится при уменьшении. Это называется «упрочнением работы». микроструктуры, искажение зеренной структуры, возникновение и скольжение дислокаций Во время наклепа происходит изменение . Остальная часть проделанной пластиковой работы, которая может составлять до 90% от общего объема, рассеивается в виде тепла.
Если пластическая деформация осуществляется в динамических условиях, например, при ковке под давлением, то пластическая деформация становится более локализованной по мере ковочного увеличения скорости молота. Это также означает, что деформируемый материал становится тем горячее, чем выше скорость падающего молота. Теперь, когда металлы становятся теплее, их сопротивление дальнейшей пластической деформации снижается. С этого момента мы видим, что существует своего рода каскадный эффект: чем больше пластической деформации поглощается металлом, тем больше тепла выделяется, что облегчает дальнейшую деформацию металла. Это катастрофический эффект, который почти неизбежно приводит к неудаче.
История
[ редактировать ]Первым человеком, осуществившим экспериментальную программу по исследованию тепла, выделяющегося в результате пластической деформации, был Анри Треска в июне 1878 года. [ 2 ] Треска выковал слиток платины (как и многих других металлов); в момент ковки металл только что остыл ниже красного каления. Последующий удар парового молота, оставивший в пруте углубление и удлинивший его, также перегрел его в направлении двух линий в виде буквы Х. Этот повторный нагрев был настолько велик, что металл по этим линиям полностью восстановился. на несколько секунд до красного каления. Треска провел множество экспериментов по ковке разных металлов. Треска оценил количество пластических работ, преобразованных в тепло, по результатам большого количества экспериментов, и оно всегда превышало 70%.
Вольфрамовые тяжелые сплавы
[ редактировать ]Тяжелые вольфрамовые сплавы (WHA) обладают высокой плотностью, прочностью и ударной вязкостью, что делает их хорошими кандидатами для применения в качестве пенетраторов с кинетической энергией . По сравнению с обедненным ураном , другим материалом, часто используемым для кинетических пенетраторов, WHA демонстрируют гораздо меньшее образование полос адиабатического сдвига. [ 3 ] Во время баллистического удара образование полос сдвига создает эффект «самозатачивания», способствуя проникновению за счет минимизации площади поверхности на передней кромке снаряда. [ 4 ] Таким образом, средняя ширина полосы сдвига также должна быть минимизирована для повышения производительности.
Было высказано предположение, что образованию полос адиабатического сдвига в WHA может способствовать присутствие концентраций напряжений. [ 5 ] При испытаниях образцов различной геометрии цилиндрические образцы без геометрических концентраций напряжений были наименее склонны к образованию полос сдвига. Полосы сдвига имеют тенденцию образовываться в этих точках зарождения и перемещаться в направлениях наибольшего напряжения сдвига. Было исследовано несколько методов обработки WHA с целью повышения склонности к образованию полос сдвига. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Было показано, что использование горячей гидростатической экструзии и/или горячего кручения приводит к удлинению вольфрамовых зерен в микроструктуре. Под воздействием деформации с высокой скоростью деформации, параллельной направлению удлинения зерен, полосы адиабатического сдвига легко формируются и распространяются вдоль матричной фазы Ni-Fe. Напряжение течения матрицы намного ниже, чем у вольфрама, поэтому текстурирование микроструктуры обеспечивает более легкий путь распространения полос сдвига.
В 2019 году был изготовлен новый WHA, в котором традиционная матричная фаза Ni-Fe заменена матрицей из высокоэнтропийного сплава . [ 9 ] Было обнаружено, что эта система легко вызывает образование полос адиабатического сдвига. [ 10 ] матрицы В состав матричной фазы входят нанопреципитаты, повышающие твердость . Предполагается, что эти выделения растворяются при повышении температуры, что приводит к размягчению матрицы вдоль зоны сдвига и тем самым снижает барьер для распространения полос сдвига.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Тимоти, СП (1 февраля 1987 г.). «Структура полос адиабатического сдвига в металлах: критический обзор» . Акта Металлургика . 35 (2): 301–306. дои : 10.1016/0001-6160(87)90238-0 . ISSN 0001-6160 .
- ^ Треска, Х. О дальнейших применениях потоков твердых тел. Труды Института инженеров-механиков. 30 1878 г., стр. 301-
- ^ Журек, Анна К.; Фоллансби, Пол С. (1 июня 1995 г.). «Сравнение восприимчивости к локализации сдвига в U-0,75 мас. % Ti и W-Ni-Fe во время деформации с высокой скоростью деформации» . Металлургические и сырьевые операции А . 26 (6): 1483–1490. дои : 10.1007/BF02647599 . ISSN 1073-5623 .
- ^ Мэгнесс, Ли С. (1 марта 1994 г.). «Поведение пенетраторных материалов с высокой скоростью деформации при баллистическом ударе» . Механика материалов . 17 (2–3): 147–154. дои : 10.1016/0167-6636(94)90055-8 .
- ^ Вэй, Чжиган; Ю, Джили; Ли, Цзянрон; Ли, Юнч; Ху, Шишэн (1 декабря 2001 г.). «Влияние напряженного состояния на локализацию адиабатического сдвига тяжелых вольфрамовых сплавов» . Международный журнал ударной инженерии . 26 (1–10): 843–852. дои : 10.1016/S0734-743X(01)00137-3 .
- ^ Вэй, Чжиган; Ю, Цзилинь; Ху, Шишэн; Ли, Юнчи (01 июля 2000 г.). «Влияние микроструктуры на локализацию адиабатического сдвига предварительно скрученных тяжелых вольфрамовых сплавов» . Международный журнал ударной инженерии . 24 (6–7): 747–758. дои : 10.1016/S0734-743X(00)00011-7 .
- ^ Лю, Цзиньсюй; Ли, Сюкуй; Веер, Больной; Сунь, Хунчан (01 июля 2008 г.). «Влияние ориентации волокон на динамические механические свойства и восприимчивость к полосе адиабатического сдвига тяжелого вольфрамового сплава, полученного методом горячей гидростатической экструзии» . Материаловедение и инженерия: А. 487 (1–2): 235–242. дои : 10.1016/j.msea.2007.10.012 .
- ^ Лю, Дж; Сюкуи, Л; Сяоцин, Z; Чжаохуэй, З; Хайюнь, З; Инчунь, Вт (01 декабря 2008 г.). «Полосы адиабатического сдвига в тяжелом вольфрамовом сплаве, обработанном методом горячей гидростатической экструзии и горячего кручения» . Скрипта Материалия . 59 (12): 1271–1274. дои : 10.1016/j.scriptamat.2008.08.036 .
- ^ Чжоу, Шанчэн; Лян, Чжу, Ичао; Ван, Бэньпэн; Ван, Лу; Ван, Фучи (01.03.2019: многообещающая матрица ). «Высокоэффективные вольфрамовые тяжелые сплавы» . Журнал сплавов и соединений . 777 : 1184–1190 : 10.1016/j.jallcom.2018.11.089 .
- ^ Чжоу, Шанчэн; Цзянь, Руйжи; Лян, Яо-Цзянь; Чжу, Ичао; Ван, Бенпэн; Ван, Лян; Ван, Лу; Рен, Ян; Сюэ, Юньфэй (01 апреля 2021 г.). «Высокая склонность к образованию полос адиабатического сдвига и высокая динамическая прочность в тяжелых вольфрамовых сплавах с высокоэнтропийной матрицей сплава» . Журнал сплавов и соединений . 859 : 157796. doi : 10.1016/j.jallcom.2020.157796 .
 | Эта классической механике статья, посвященная , незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |