[实用新型]制备高密度孪晶材料的设备

说明书

本实用新型公开了制备高密度孪晶材料的设备。该制备高密度孪晶材料的设备包括固定样品的固定装置、设于样品前方的发射装置以及设于样品后方的回收装置；所述固定装置包括与样品外缘大小匹配的通孔；所述发射装置包括与样品的形状匹配且平行的飞片、承载飞片朝向样品运动的弹托以及供弹托飞行的炮管；所述回收装置包括设于最后方的缓冲层；在所述样品后方设有与样品连接且材质相同的窗口。与传统的气炮装置相比，本实用新型结构简单，操作方便，改变样品受撞击时的应力状态，使用过程中产生的能耗低，即使在低速下也更容易获得具有高密度孪晶的金属材料。所得产品内部没有发生损伤，也未出现晶粒细化、产生织构等不良情况。

技术领域

本实用新型涉及孪晶技术领域，具体而言，涉及制备高密度孪晶材料的设备。

背景技术

形变孪晶是金属发生塑性变形的一种重要变形机制。孪晶容易在材料内部应力集中处产生，释放剪应力，同时改变局部取向，进一步增加位错滑移的可能性，因而能提高材料的性能。一般来说具有高密度孪晶的材料有较高的强度和硬度。

产生孪晶往往需要较大的塑性变形，可以通过等通道转角挤压方法来实现，但这种大塑性变形的加载往往会出现细化晶粒，产生织构等异于原始样品的情况。

影响孪晶形成的主要因素有晶粒取向、晶粒尺寸、变形温度、应变速率等。孪晶所需要的临界切应力一般比滑移的大，在滑移系较多的bcc、fcc结构金属中，只有温度很低、应变率很高或者其他原因使滑移受阻时，孪晶才成为塑性变形的主要机制。

一级轻气炮属于高应变率加载，在高应变率条件下，位错的热激活机制受到抑制，位错运动受到声子阻尼以及相对论效应的影响，使得位错的开启和高速运动需要的剪应力较大，塑性变形的主要方式为形变孪晶。常规的气炮实验中，为了避免稀疏波的影响，飞片与样品都比较大而薄，样品的径厚比要大于5，中间探测区属于一维应变状态。这时样品的等效应变只与冲击速度有关。虽然气炮属于高应变率加载，但是由于塑性应变小，产生的孪晶少。

此外，传统的一级轻气炮属于高应变率加载，通常会产生一些变形孪晶，但由于低速冲击对应的塑性变形量较小，不能产生高密度的孪晶，而高速冲击对气炮装置要求较高(需要二级轻气炮)，耗能高，操作过程较麻烦，同时会带来温升(不利于孪晶的产生)甚至融化，或者使材料内部发生损伤，因此通常的气炮加载不太适合制备高密度孪晶的材料。

其他大塑性变形的装置如ECAP虽然能产生高密度孪晶，但往往会出现细化晶粒、产生织构等情况，造成与原始样品的差异。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供制备高密度孪晶材料的设备以及方法，以解决现有技术中孪晶难以制备的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种制备高密度孪晶材料的设备。该制备高密度孪晶材料的设备包括固定样品的固定装置、设于样品前方的发射装置以及设于样品后方的回收装置；所述固定装置包括与样品外缘大小匹配的通孔；所述发射装置包括与样品的形状匹配且平行的飞片、承载飞片朝向样品运动的弹托以及供弹托飞行的炮管；所述回收装置包括设于最后方的缓冲层；在所述样品后方设有与样品连接且材质相同的窗口。

本实用新型采用高速撞击的方式，通过在样品后方的自由面处增加与样品的阻抗相匹配的窗口，这样使得稀疏波有足够长的时间从样品两侧传播到样品中间，从而使样品的应力状态变为一维应力和一维应变的混合状态，最终产生较大塑性变形，使样品受撞击后在产品的内部产生高密度孪晶。同时，与传统的气炮装置相比，本实用新型的制备高密度孪晶材料的设备结构简单，操作方便，改变样品受撞击时的应力状态，使用过程中产生的能耗低，即使在低速下也更容易获得具有高密度孪晶的金属材料。所得产品内部没有发生损伤，也未出现晶粒细化、产生织构等不良情况。

进一步地，所述固定装置包括相对设置的固定架，在所述固定架上设有测速装置；所述测速装置为激光测速装置或电磁测速装置；所述测速装置设于所述样品的前方。由此，便于调控孪晶的密度。