制备高密度孪晶材料的设备制造技术

本实用新型专利技术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，本实用新型专利技术结构简单，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。

Equipment for preparing high density twin materials

【技术实现步骤摘要】
制备高密度孪晶材料的设备
本技术涉及孪晶
，具体而言，涉及制备高密度孪晶材料的设备。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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，根据本技术的一个方面，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。本技术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，本技术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。进一步地，所述窗口的厚度大于所述样品的厚度；所述飞片的厚度大于所述样品的厚度；所述样品的轴向投影面位于所述飞片的轴向投影面内部；所述窗口的厚度大于所述飞片的厚度。由此，确保较多的塑性变形。飞片材料选用的原则，一般是用与样品相同的材料。如果为了获得更高的压力，也可以用阻抗较高的材料，如钨、钽等。进一步地，所述窗口的厚度为所述样品的厚度的1.2～1.5倍；所述窗口的厚度比所述飞片的厚度大0.3～0.5mm。由此，确保较多的塑性变形。进一步地，所述弹托与炮管之间设有密封圈；所述密封圈为至少两个。由此，保证弹托和飞片在炮管中飞行既不漏气，又能处于中心位置。进一步地，所述样品与窗口粘接；所述样品和窗口与通孔粘接。由此，便于安装且不影响孪晶的产生。进一步地，所述缓冲层为厚度≥3cm的真空封泥层；所述真空封泥层与窗口之间的距离≥3cm。由此，在降速的同时保护撞击后的产品尽可能地避免二次碰撞。进一步地，所述弹托上设有环状的凸起，该凸起与飞片连接。由此，在弹托与飞片之间形成间隙，由于间隙中有空气，而飞片阻抗的要比空气大，这样可以保证自由面(飞片中靠近弹托的平面)产生的是稀疏波。此外，由于存在该间隙，因此可以确保飞片阻抗较小时依然可以产生稀疏波时采用一些阻抗较大的弹托。为了实现上述目的，根据本技术的另一个方面，还提供了一种制备高密度孪晶材料的方法。该制备高密度孪晶材料的方法包括以下步骤：1)采用上述的制备高密度孪晶材料的设备来放置样品；2)在真空状态下使飞片以一定速度撞击样品，使样品受到撞击后飞入回收装置；3)打开回收装置，即得到具有孪晶的产品。本技术的制备高密度孪晶材料的方法的工艺简单，操作简单，能耗低，经济环保，所得产品中产生高密度孪晶。进一步地，所述飞片的移动速度为400～600m/s；由此，有足够的塑性变形，同时又不会损伤样品。进一步地，所述飞片与样品之间的距离为1.5～2.5m；由此，有足够的塑性变形，同时又不会损伤样品。进一步地，所述弹托的材质为聚碳酸酯；由此，阻抗较小，具有较高的抗冲击强度和弹性系数。进一步地，还包括在步骤1)之前对飞片和样品进行打磨。由此，保证其平整度，避免斜碰。斜碰除了影响孪晶生长外，可能直接对样品造成损伤。同时，斜碰可能导致样品不能完好的进入回收装置，如果不能完好的回收产品，可能造成二次碰撞，对产品造成损伤。可见，本技术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。本技术的制备高密度孪晶材料的方法的工艺简单，操作简单，能耗低，经济环保。由。本技术的制备高密度孪晶材料的设备以及方法制备得到的金属材料内部没有发生损伤，也未出现晶粒细化、产生织构等情况。下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步的说明。本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明构成本技术的一部分的附图用来辅助对本技术的理解，附图中所提供的内容及其在本技术中有关的说明可用于解释本技术，但不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术制备高密度孪晶材料的设备的结构示意图。图2为为实施例1所得产品的EBSD衬度图。图3为实施例1的对照例所得产品的EBSD衬度图。图4为实施例5所得产品的EBSD衬度图。图5为实施例5的对照例所得产品的EBSD衬度图。上述附图中的有关标记为：1：样品；2：固定装置；21：通孔；22：固定架；23：测速装置；3：发射装置；31：飞片；32：弹托；33：炮管；34：凸起；35：空隙；4：回收装置；41：缓冲层；5：窗口；6：靶室。具体实施方式下面结合附图对本技术进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本技术。在结合附图对本技术进行说明前，需要特别指出的是：本技术中在包括下述说明在内的各部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制备高密度孪晶材料的设备，其特征在于：包括固定样品(1)的固定装置(2)、设于样品(1)前方的发射装置(3)以及设于样品(1)后方的回收装置(4)；所述固定装置(2)包括与样品(1)外缘大小匹配的通孔(21)；所述发射装置(3)包括与样品(1)的形状匹配且平行的飞片(31)、承载飞片(31)朝向样品(1)运动的弹托(32)以及供弹托(32)飞行的炮管(33)；所述回收装置(4)包括设于最后方的缓冲层(41)；在所述样品(1)后方设有与样品(1)连接且材质相同的窗口(5)。

【技术特征摘要】
1.制备高密度孪晶材料的设备，其特征在于：包括固定样品(1)的固定装置(2)、设于样品(1)前方的发射装置(3)以及设于样品(1)后方的回收装置(4)；所述固定装置(2)包括与样品(1)外缘大小匹配的通孔(21)；所述发射装置(3)包括与样品(1)的形状匹配且平行的飞片(31)、承载飞片(31)朝向样品(1)运动的弹托(32)以及供弹托(32)飞行的炮管(33)；所述回收装置(4)包括设于最后方的缓冲层(41)；在所述样品(1)后方设有与样品(1)连接且材质相同的窗口(5)。2.如权利要求1所述的制备高密度孪晶材料的设备，其特征在于：所述固定装置(2)包括相对设置的固定架(22)，在所述固定架(22)上设有测速装置(23)；所述测速装置(23)为激光测速装置(23)或电磁测速装置(23)；所述测速装置(23)设于所述样品(1)的前方。3.如权利要求1所述的制备高密度孪晶材料的设备，其特征在于：所述窗口(5)的厚度大于所述样品(1)的厚度；所述飞片(31)的厚度大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨坤，李超，陈月，罗胜年，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川,51