金屬中等溫變形應力加工硬化剪切截面分析顯微鏡
對于重復使用并要經歷多次循環的裝置來說,不論是在實際使
用過程中,還是在制造過程中,損傷源都不應出現,這是很重要的
。這些情況下,必須確切了解絕熱剪切帶產生的條件,從而避免其
產生。通常而言,在一個裝置的使用期內,避免其自身的塑性變形
并不難。但是在現代高速加工(鍛造、沖擊或電磁成形)中,消除絕
熱剪切帶產生的條件可能比較困難。利用絕熱剪切帶的力學知識并
通過合理的設計,可以避免損傷源的產生。
相反,一些加工工藝,如鉆孔、切割、剪切或沖擊,以及球磨
和機加工,剪切導致的失效是工藝過程本身的一個重要部分,它在
材料的特定位置僅發生一次。通過對剪切機制的深入了解,可以更
好地對工藝過程進行優化設計。所有提及的工藝過程通過半經驗的
方式得到了大大的改進,當然也得到了廣泛的應用。在應用領域,
點滴的進步都會產生巨大的經濟效益。
不過,在彈道學和沖擊物理學中,有效地利用剪切理論才可能
得到較快、較大的回報。這些情況下,對服役部件的使用性能而言
,剪切機制是材料流變和失效的基礎,如果沒有貫穿,沖擊就消失
,那么必須超過某一臨界條件才能實現這一過程。另外,正如侵徹
的例子一樣,損傷的程度和分布在性能優化中非常重要,在降低有
效運作所需的自重和能耗方面也同樣重要。如果不能完全地了解破
壞機制,就無法對當前研究的復雜裝置進行優化,絕熱剪汽車、飛
機、輪船以及其他交通工具(相比彈道學,通常只需考慮低的應力
和應變率)撞擊實驗的設計會有很大幫助。
定性機制
定性地講,絕熱剪切的力學基礎是容易理解的。隨著塑性變形
的進行,許多金屬中等溫變形應力通常隨著加工硬化而增加,應變
率硬化會進一步加強塑性變形應力。但是大部分塑性功轉變成熱,
隨著材料內溫度升高,流變應力通常減小。這樣,兩種競爭機制同
時在起作用:加工硬化和應變率硬化使流變應力增加,熱軟化使流
變應力降低,而且熱軟化總是強過硬化機制。這樣,如果變形的時
間夠長,隨著應變的增加,材料較終發生軟化。