Influence of shock loading on the structure/property response of Ti-48Al-2Cr-2Nb and Ti-24Al-11Nb

Une attention croissante est portée sur les intermétalliques avec les applications qui nécessitent des matériaux à avoir un résultant final potentiellement grand, par exemple dans les turbines à gaz. Tandis que la réponse d'une gamme d'intermétalliques déformés dans des conditions quasi-statiques reçoit une étude scientifique et d'ingénieur, une exploitation augmentée des intermétalliques déformés en dynamique nécessite une compréhension des effets de grande vitesse de déformation / onde de choc. L'influence sur la structure lors d'un chargement du choc des alliages Ti-48Al-2Cr-2Nb et Ti-24Al-11Nb est présentée. La réponse des deux intermétalliques chargés indique que la déformation dans des conditions dynamiques est contrôlée par un mécanisme Peierls. La génération et la création des défauts est comparée au cas de métaux et alliages conventionnels et désordonnés.Intermetallics are receiving increasing attention for applications requiring high-leverage materials possessing potentially high pay-offs such as in gas-turbine engines. While the quasistatic deformation response of a broad range of intermetallics is receiving intense scientific and engineering study increased utilization of intermetallics under dynamic loading requires an understanding of their high-rate / shock-wave behavior. In this paper the influence of shock loading on the structure / property behavior of Ti-48Al-2Cr-2Nb and Ti-24Al-11Nb is presented. The reload constitutive response of both shock-loaded intermetallics supports the dynamic deformation of both intermetallics being controlled by a Peierls mechanism. Defect generation and storage in intermetallics is compared and contrasted to that typical to conventional disordered metals and alloys

Influence of Strain Rate and Temperature on the Structure. Property Behavior of High-Purity Titanium

The effect of strain rate, temperature, grain size, and texture on the substructure and mechanical response of high-purity polycrystalline titanium is presented. The compressive stress-strain response of 20 and 240 µm grain size high-purity Ti was found to depend on both the applied strain rate ; 0.001 ≤ dε/dt ≤ 7500 s-1, and the test temperature ; 77 ≤ T ≤ 873 K. The rate of strain hardening in Ti is seen to increase with increasing strain rate. The substructure of high-purity Ti deformed at high-strain-rate or quasi-statically at 77K displayed a higher incidence of deformation twinning than during quasi-static deformation at 298K.Nous présentons l'influence de la vitesse de déformation, dε/dt, de la température, T, et de la taille de grain, d, et de la texture sur l'évolution de la microstructure et sur la réponse mécanique d'un titane polycristallin de haute pureté. Pour d variant entre 20 et 240 µm, nous trouvons que la réponse en compression du titane dépend à la fois de dε/dt, pour 0.001 ≤ dε/dt ≤ 7500 s-1, et de T , pour 77 ≤ T ≤ 873 K. Nous avons établi que le taux d'écrouissage augmente avec la vitesse de déformation. La microstructure du titane montre que la déformation par mâclage est plus importante à 77 K, sous sollicitation dynamique ou quasi statique, qu'après déformation quasi statique à 298K

Influence of Twinning on the Constitutive Reponses of Zr : Experirnents and Modeling

The stress-strain response of Zr due to twinning is distinctly different from that due to slip as a function of temperature and strain rate. When the applied stress is lower than the transition stress, dislocation slip is the dominant deformation mechanism. The traditional MTS model is shown to adequately represent the constitutive behavior of Zr. Above the transition stress twinning becomes the dominant deformation mechanism where the flow stress increases linearly with strain. In this regime the rate-dependent strain hardening can be described by equations based on thermal activation theory that are very similar to the formula used in the MTS model.Le maclage du zirconium induit une réponse mécanique, en fonction de la température et de la vitesse déformation, bien distincte de celle produite par glissement. Quand la contrainte appliquée est inférieure à la contrainte de transition, le glissement est le mécanisme de déformation prépondérant. Le modèle MTS 'classique' décrit alors correctement le comportement viscoplastique du zirconium. Au dessus de la contrainte de transition, le maclage devient le mode de déformation dominant ; la contrainte d'écoulement croît linéairement en fonction de la déformation. Dans ce régime, le comportement peut être décrit par des équations, fondées sur des lois d'activation thermique, similaires à celles utilisées dans le modèle MTS

EFFECTS OF SHOCK PRESTRAIN ON THE DYNAMIC MECHANICAL BEHAVIOR OF TANTALUM

Les effets de la prédéformation d'un choc sur le comportement mécanique et la microstructure du tantale recuit ont été examinés. Le matériau testé a subi un choc de 15 GPa pendant 1 µs et a été récupéré sans endommagement de telle sorte que la déformation produite duranl l'expérience soit dû essentiellement au chargement par choc. Une caractérisation mécanique des matériaux recuits et récupérée après choc a été effectuée en traction et en compression dans un domaine de vitesse de déformation très important à (10-3 à 7000 s-1). L'écrouissage par choc entraîne une augmentation de la limite élastique quasi-statique du tantale, mais elle n'a pratiquement aucune influence sur la réponse dynamique en contrainte-déformation. En accord avec ces résullats, le comportement an traction des deux matériaux recuits récupérés après choc sont pratiquement identiques. Les effets de l'écrouissage par choc sur la microstructure du matériau testé ont été examinés par microscopie optique et microscopie électronique à transmission. On discute les résultats de ces essais et leur corrélation avec les effets de la prédeformation par choc sur le comportement mécanique.The effects of shock prestrain on the mechanical behavior, microstructure, and substructure of annealed tantalum have been examined. The test material was shocked to 15 GPa for 1 µs and soft-recovered such that deformation that occurred during this procedure was predominantly due to the shock loading. Mechanical characterization of the annealed and shock-recovered tantalum was performed over a wide range of strain rates (10-3 to 7000 s-l) in both tension and compression. Shock prestraining caused an increase in the quasi-static yield strength of tantalum but had virtually no influence on the dynamic stress-strain response. Consistent with this, the dynamic tensile behavior of both the annealed and shock-recovered materials were nearly identical. The effects of shock prestrain on the microstructure and substructure of the test material was examined using optical and transmission electron microscopy. The results of these examinations and how they correlate with the effects of shock prestrain on mechanical behavior are discussed

Ductile-brittle transition behavior of tungsten under shock loading

La transition ductile-fragile du tungstène formé à chaud a été examinée sous des conditions de chargement de choc au cours d'expériences de choc/récupération douce à 22° C et 400° C. Les résultats de l'expérience à 22° C indiquent que des tensions résultant de chocs (19 GPa) apparaissent sous forme de processus de fractures, c'est à dire qu'il n'y avait aucune indication de déformation plastique résultant du choc et l'échantillon a été réduit en morceaux. À 400° C l'échantillon a été récupéré intact et la plasticité entraînée par le choc a entraîné la formation de bandes de déformation et une augmentation de la densité de dislocation du matériau. Les résultats de cette expérience montrent le principe de la transition ductile-fragile du tungstène dans des conditions de chargement de choc uniaxial et indiquent qu'une déformation explosive du tungstène résultera en une pulvérisation due au chargement de choc.The ductile-brittle transition behavior of warm-forged tungsten under shock loading conditions was examined by performing shock/soft-recovery experiments at 22° C and 400° C. The results of a recovery experiment at 22° C indicate that shock (19 GPa)-induced strains were accommodated by fracture processes, i.e. there were no indications of shock-induced plastic deformation, and the test sample was reduced to rubble. At 400° C the test sample was recovered intact and the shock-induced plasticity caused deformation banding and an increase in the dislocation density of the material. The results of these experiments demonstrate the principle of a ductile-brittle transition behavior of tungsten under uniaxial shock loading conditions and indicate that explosively-driven deformation of the material studied will likely result in pulverization due-to shock loading

Shock-loading response of 6061-T6 aluminum-alumina metal-matrix composites

Le but de cette recherche est l'étude systématique de l'influence de la pression maximum de choc et de la phase de renforcement sur la réponse méchanique (propriété/structure) des composites Al-alumine 6061-T6 sous chargement par choc. La réponse contrainte-déformation sous rechargement de l'aluminium monolothique montre qu'il n'y a pas d'augmentation d'écrouissage dynamique en comparison ou cas où le matériau n'a pas été initialement chargé par choc. La réponse contrainte-déformation des composites Al-alumine montre quer la résistance d'ecoulement du matériau initial. Les mesures des vitesses d'ondes pour les échantillons non-prédeformés par choc ne montrent aucune dégradation en comparison aux échantillons non-prédeformés. La réponse contrainte-déformation sous rechargement du composite prédeformé, après resolution et veillissement T6, montre que le composite recouvre completement sa réponse à l'état initial.The purpose of this research is to systematically study the influence of peak-shock pressure and second-phase reinforcement on the structure/property response of shock-loaded 6061-T6 Al-alumina composites. The reload stress-strain response of monolithic 6061-T6 Al showed no increased shock hardening compared to the unshocked material deformed to an equivalent strain. The reload stress-strain response of the shock-loaded 6061-T6 Al-alumina composites exhibits a lower reload yield strength than the flow stress of the starting composites. Wavespeed measurements of shock-prestrained specimens showed no degradation compared to un-shocked specimens, and reload stress-strain response of the shock-prestrained composites, after resolutionizing and T6 aging, showed that the composites recovered their full as-received stress-strain responses

INFLUENCE OF LOADING PATHS ON THE MECHANICAL RESPONSE AND SUBSTRUCTURE EVOLUTION OF SHOCK-LOADED COPPER

Des expériences de choc ont été réalisées sur des cibles de cuivre afin d'étudier l'influence de la vitesse de chargement et de l'amplitude de la contrainte sur l'accumulation des défauts et les propriétés mécaniques post-choc. Le temps de montée du choc variait approximativement depuis une nanoseconde jusqu'à une microseconde dans le cas de chargements quasi-isentropiques. L'amplitude et la durée de la pression appliquée étaient identiques pour tous les essais. A 10 GPa de pression maximum atteinte l'accumulation des défauts et la limite d'élasticité du cuivre post-choc sont les mêmes pour un chargement par choc simple et un chargement par chocs multiples. L'effet de la vitesse de chargement sur la sous-structure post-choc et la réponse mécanique du cuivre impacté est supposée être directement relié à l'importance du déplacement des dislocations avant interaction avec d'autres dislocations et à l'importance du déplacement réversible des dislocations et leur annihilation résultante au cours de la phase de détente du cycle choc-détente.Shock recovery experiments on copper have been conducted to investigate the influence of loading rate and stress amplitude on defect storage and post-shock mechanical properties. The shock risetimes varied approximately from one nanosecond for the shock experiments to one microsecond for quasi-isentropic loading experiments. All the experiments had the same peak pressure and pulse duration. Attaining a peak pressure of 10 GPa through multiple shocks or a single shock produced similar results for defect storage and post-shock yield strength. Decreasing the strain-rate of loading is shown to increase both the defect storage and post-shock yield strength of copper. The effect of loading rate on post-shock substructure and mechanical response of impacted copper is postulated to be directly related to the amount of dislocation motion before interaction with other dislocations and to the amount of reversible dislocation motion and resultant annihilation during the rarefaction portion of the shock-release cycle

DYNAMIC STRENGTH AND STRAIN RATE EFFECTS ON FRACTURE BEHAVIOR OF TUNGSTEN AND TUNGSTEN ALLOYS

On a réalisé une analyse de la dépendance de la relation contrainte-déformation vis a vis de la vitesse de déformation, de la tension d'écaillage, et du comportement en rupture dynamique de W pur, de W-26Re, W-Ni-Fe- et de W-Ni-Fe-Co. La contrainte d'écaillage est mesurée à partir d'essais d'impacts symétriques ; elle augmente et passe de 0.4 GPa pour le W à 3.8 GPa pour l'alliage 90W-7Ni-3Fe. Cette variation est accompagnée d'un changement du mode de rupture, en clivage pour le W pur, puis d'un mode avec mélange de ruptures granulaire et intergranulaire pour les alliages. Les essais de compressions realisés sur une gamme de vitesses de déformation allant de 10-3 à 3000 s-l montrent que le tungstène pur est très sensible à la vitesse de déformation et manifeste très peu d'écrouissage. Au contraire, les alliages W-26Re et W-Ni-Fe-Co sont fortement écrouissables dans toute la gamme.An investigation of the stress-strain response as a function of strain rate, spall strength, and dynamic fracture behavior of pure W, W-26Re, W-Ni- Fe and W-Ni-Fe-Co has been performed. Spall strength measurements, obtained in symmetric-impact tests, showed an increase in spall strength from 0.4 GPa for pure tungsten to 3.8 GPa for 90W-7Ni-3Fe. Concurrent with the increase in spall strength was a change in fracture mode from cleavage (for pure W) to a mixture of transgranular and intergranular fracture for the alloyed systems. Compression testing performed at strain rates from 10-3 s-1 to 3000 s-1 showed that pure tungsten exhibits a large strain rate sensitivity and almost no work hardening at tested strain rates. In contrast, W-26Re and W-Ni -Fe-Co displayed significant work hardening at all strain rates