金属爆炸复合技术与物理冶金

　　主要内容全书分为两部分，第一部分系统地介绍了金属爆炸复合技术的基础理论、金属爆炸复合工艺参数设计原则、金属爆炸复合材料的制备工艺及工程应用。第二部分着重阐释了爆炸复合所涉及的物理冶金问题，包括金属爆炸复合材料的界面问题，如界面层的微观结构特征、界面冶金结合机理、界面扩散反应、界面微观断裂机制；动态载荷（尤其是爆炸复合载荷）下的绝热剪切问题，如绝热剪切的本构行为、绝热剪切带内形变热／力参量演变的数值模拟及其微观结构演化、绝热剪切带的分布规律等。各部分既相对独立，又相互联系；全书形成了一个既较为完整，又可适当取舍的体系。 该书可作为材料科学与工程、力学、爆炸物理等专业研究生或高年级本科生的教材或参考书，也可供高等院校有关专业的教师、科研或工程单位的科学研究及工程技术人员参考，是一本有工程应用价值的参考书。 本书前言爆炸复合技术可以使绝大多数金属材料复合形成金属复合板／管材，拓展了原有金属材料的性能和应用范围；而且和其他材料连接技术相比，具有独到的工艺特点，爆炸复合技术在各工业领域得到了广泛应用。与发达国家相比，我国在该领域的生产能力和科研水平尚有差距，例如：双金属爆炸复合的力学问题已得到了较完整的发展，但复合参数的确定、实验尝试仍不可或缺；对与爆炸复合相关联的诸多物理冶金问题，普遍缺乏研究甚至存在错误的认识，这些严重制约了爆炸复合技术的工程应用与发展。我国现有的相关专业书籍已比较陈旧，很有必要补充最新的研究成果，在新的起点上对金属爆炸复合技术与物理冶金进行系统阐述。本书是在总结近几年来作者在该领域的研究工作、并参阅国内外相关书刊资料的基础上撰写而成的。 本书分为两部分：第一部分（即第1篇）系统地介绍了金属爆炸复合技术的基础理论、金属爆炸复合工艺参数设计原则、金属爆炸复合材料的制备工艺及其工程应用。第二部分（第2篇，第3篇）结合作者的研究工作着重阐释了爆炸复合所涉及的物理冶金问题。第2篇是金属爆炸复合材料的界面问题，如界面层的微观组织结构特征、界面冶金结合机理、界面扩散反应、界面微观断裂机制；第3篇是动态载荷（尤其是爆炸复合载荷）下的绝热剪切问题，如绝热剪切的本构行为、绝热剪切带内形变热／力参量演变的数值模拟及其微观结构的演化、绝热剪切带的分布规律。限于篇幅，动态载荷对金属组织结构和力学性能的影响等内容本书未予介绍。本书各篇（章）既相对独立，又相互联系，全书形成了一个既较为完整，又可适当取舍的体系。 本书既有较强的理论基础，又具有较强的工程实用性，可作为材料科学与工程、力学、爆炸物理等专业研究生或高年级本科生的教材或参考书，也可供高等院校有关专业的教师、科研或工程单位的科学研究及工程技术人员参考，是一本有工程应用价值的参考书。 本书涉及较宽泛的学科领域，由于作者在理论和实践上的局限性，同时目前作者仍在继续相关的研究工作，因而本书难免存在不妥之处，恳请读者指正。 借此机会，感谢国家自然科学基金、教育部博士点基金等的资助。 本书目录第1篇金属爆炸复合技术第1章绪论3 11金属连接技术与爆炸复合3 12爆炸复合技术概述8 121爆炸复合的基本原理8 122爆炸复合技术的优缺点及其应用9 13国内外爆炸复合的发展及研究动态13 131爆炸复合技术的发展趋势13 132爆炸复合理论研究概况及发展动态14 第2章爆炸复合理论概述16 21爆炸复合（焊接）理论分析16 22金属板在爆轰作用下的飞行运动规律17 ２２１半经验公式17 ２２２一维抛体运动的公式18 ２２３二维简化公式20 23高速飞行下复板碰撞和射流形成机理23 ２３１不可压缩流体模型23 ２３２可压缩流体模型24 24波的形成机理26 ２４１复板流侵彻机理（刻入机理）26 ２４２涡脱落机理28 ２４３流体不稳定机理30 ２４４应力波机理31 第3章金属爆炸复合工艺参数选取与爆炸复合窗口33 31理论概述33 32主要爆炸复合参数33 321初始复合参数33 322爆炸复合动态参数39 323爆炸复合结合区参数41 33爆炸复合参数之间的关系41 331复合参数之间的几何关系41 332初始复合参数和动态复合参数之间的关系42 333动态复合参数和结合区参数之间的关系42 34爆炸复合中边界（稀疏）效应的影响43 341边界效应的产生43 342边界效应的发展44 343影响边界不结合区大小的因素45 344边界效应的消除45 35爆炸复合参数的合理选择与爆炸复合窗口46 351爆炸复合参数的极限值46 352爆炸复合窗口48 第4章金属复合板、管的制备工艺50 41金属复合板的制备工艺50 411爆炸复合工艺流程50 412爆炸复合参数的选择51 413炸药密度和厚度的控制51 414复合材料待复合表面的处理51 415复板表面的保护51 416边界效应问题分析及防护措施52 417爆炸复合中残余应力影响53 418爆炸复合质量检测55 42金属复合管的爆炸复合工艺59 421金属复合管的主要制备工艺方法59 422金属管的爆炸复合65 423金属管在爆轰驱动下的运动规律68 424稀疏效应对复合管制备的影响70 425金属管的爆炸复合工艺78 426示例82 参考文献84 第2篇金属爆炸复合材料的界面 第5章爆炸复合界面结合层的微观组织结构89 51界面结合层内的微观组织结构89 511界面结合层内的微观组织结构特征89 512界面熔层内的纳米晶与非晶及形成机制92 513界面层附近两侧金属的微观组织结构101 52爆炸复合界面冶金结合机制104 53界面温度场模型104 54本章小结108 参考文献109 第6章爆炸复合界面的扩散反应111 61界面扩散反应层内的微观组织结构111 62界面扩散反应层内的成分分布特征116 63界面扩散反应层内的相及其生长规律119 64本章小结126 参考文献127 第7章爆炸复合界面微观断裂机制128 71界面微观断裂过程的动态观察128 72裂纹的稳态扩展134 73界面微观断裂机制135 74爆炸复合工艺参数、界面波形和复合质量136 75本章小结138 参考文献138 第3篇爆炸复合动态载荷下的绝热剪切 第8章概述143 参考文献148 第9章绝热剪切的本构行为——热黏塑性本构失稳150 91ZenerHollomon热塑本构失稳150 92绝热剪切——热黏塑性本构失稳151 921基于表观均匀变形模型的热黏塑性本构失稳153 922基于非均匀（局部化）变形模型的热黏塑性本构 失稳155 ９23计及损伤的率型本构关系156 93影响热黏塑性本构失稳形成绝热剪切带的因素157 931影响绝热剪切带形成的材料参量157 932加载条件（受力状态）对绝热剪切带形成的影响１６４ 参考文献164 第10章绝热剪切带内形变热/力学参量演变的数值模拟167 １０1热黏塑性本构模型的建立169 1011实验方法及测定的真应力真应变曲线169 1012JohnsonCook本构模型及其待定参数的确定170 1013热黏塑性本构模型179 102绝热剪切带内形变热/力学参量演变历史的数值模拟181 1021热力耦合刚（黏）塑性有限元基本理论181 1022绝热剪切带内形变热/力学参量演变历史的数值 模拟184 103本章结论197 参考文献198 第11章绝热剪切带内的微观结构演化与大剪切应变200 111绝热剪切带内的微观结构特征201 112绝热剪切带内的微观织构特征204 1121微观织构特征204 1122晶界特征205 113绝热剪切带内微观结构演化机制207 1131绝热剪切带内绝热温升的估算207 1132绝热剪切带内微观结构演化机制210 1133绝热剪切带内亚晶粒大小的计算225 1134绝热剪切带内晶粒组织的热稳定性227 114绝热剪切带内大剪切应变超塑变形229 １１５本章结论232 参考文献233 第12章绝热剪切带的分布规律236 １２1绝热剪切带间距的理论模型237 １２11Grady模型237 １２１２GradyKipp模型238 １２13WrightOckendon模型239 １２14Molinari 模型241 １２15Meyers模型243 1２16绝热剪切带间距理论模型的比较245 １２2绝热剪切带轨迹的研究247 123平板爆炸复合界面内绝热剪切带的分布规律248 １２31绝热剪切带的集体行为特征249 １２32绝热剪切带间距的理论计算值和实验观测结果的 比较251 １２33爆炸复合界面内绝热剪切带的间距模型252 1234材料参量和爆炸复合参数对绝热剪切带间距的 影响254 １２35结论256 １２4结束语：问题与展望256 参考文献258

暂缺《金属爆炸复合技术与物理冶金》作者简介

第1篇金属爆炸复合技术第1章绪论3

11金属连接技术与爆炸复合3

12爆炸复合技术概述8

121爆炸复合的基本原理8

122爆炸复合技术的优缺点及其应用9

13国内外爆炸复合的发展及研究动态13

131爆炸复合技术的发展趋势13

132爆炸复合理论研究概况及发展动态14

第2章爆炸复合理论概述16

21爆炸复合（焊接）理论分析16

22金属板在爆轰作用下的飞行运动规律17

２２１半经验公式17

２２２一维抛体运动的公式18

２２３二维简化公式20

23高速飞行下复板碰撞和射流形成机理23

２３１不可压缩流体模型23

２３２可压缩流体模型24

24波的形成机理26

２４１复板流侵彻机理(刻入机理)26

２４２涡脱落机理28

２４３流体不稳定机理30

２４４应力波机理31

第3章金属爆炸复合工艺参数选取与爆炸复合窗口33

31理论概述33

32主要爆炸复合参数33

321初始复合参数33

322爆炸复合动态参数39

323爆炸复合结合区参数41

33爆炸复合参数之间的关系41

331复合参数之间的几何关系41

332初始复合参数和动态复合参数之间的关系42

333动态复合参数和结合区参数之间的关系42

34爆炸复合中边界（稀疏）效应的影响43

341边界效应的产生43

342边界效应的发展44

343影响边界不结合区大小的因素45

344边界效应的消除45

35爆炸复合参数的合理选择与爆炸复合窗口46

351爆炸复合参数的极限值46

352爆炸复合窗口48

第4章金属复合板.管的制备工艺50

41金属复合板的制备工艺50

411爆炸复合工艺流程50

412爆炸复合参数的选择51

413炸药密度和厚度的控制51

414复合材料待复合表面的处理51

415复板表面的保护51

416边界效应问题分析及防护措施52

417爆炸复合中残余应力影响53

418爆炸复合质量检测55

42金属复合管的爆炸复合工艺59

421金属复合管的主要制备工艺方法59

422金属管的爆炸复合65

423金属管在爆轰驱动下的运动规律68

424稀疏效应对复合管制备的影响70

425金属管的爆炸复合工艺78

426示例82

参考文献84

第2篇金属爆炸复合材料的界面

第5章爆炸复合界面结合层的微观组织结构89

51界面结合层内的微观组织结构89

511界面结合层内的微观组织结构特征89

512界面熔层内的纳米晶与非晶及形成机制92

513界面层附近两侧金属的微观组织结构101

52爆炸复合界面冶金结合机制104

53界面温度场模型104

54本章小结108

参考文献109

第6章爆炸复合界面的扩散反应111

61界面扩散反应层内的微观组织结构111

62界面扩散反应层内的成分分布特征116

63界面扩散反应层内的相及其生长规律119

64本章小结126

参考文献127

第7章爆炸复合界面微观断裂机制128

71界面微观断裂过程的动态观察128

72裂纹的稳态扩展134

73界面微观断裂机制135

74爆炸复合工艺参数.界面波形和复合质量136

75本章小结138

参考文献138

第3篇爆炸复合动态载荷下的绝热剪切

第8章概述143

参考文献148

第9章绝热剪切的本构行为——热黏塑性本构失稳150

91ZenerHollomon热塑本构失稳150

92绝热剪切——热黏塑性本构失稳151

921基于表观均匀变形模型的热黏塑性本构失稳153

922基于非均匀（局部化）变形模型的热黏塑性本构

失稳155

９23计及损伤的率型本构关系156

93影响热黏塑性本构失稳形成绝热剪切带的因素157

931影响绝热剪切带形成的材料参量157

932加载条件(受力状态)对绝热剪切带形成的影响１６４

参考文献164

第10章绝热剪切带内形变热/力学参量演变的数值模拟167

１０1热黏塑性本构模型的建立169

1011实验方法及测定的真应力真应变曲线169

1012JohnsonCook本构模型及其待定参数的确定170

1013热黏塑性本构模型179

102绝热剪切带内形变热/力学参量演变历史的数值模拟181

1021热力耦合刚（黏）塑性有限元基本理论181

1022绝热剪切带内形变热/力学参量演变历史的数值

模拟184

103本章结论197

参考文献198

第11章绝热剪切带内的微观结构演化与大剪切应变200

111绝热剪切带内的微观结构特征201

112绝热剪切带内的微观织构特征204

1121微观织构特征204

1122晶界特征205

113绝热剪切带内微观结构演化机制207

1131绝热剪切带内绝热温升的估算207

1132绝热剪切带内微观结构演化机制210

1133绝热剪切带内亚晶粒大小的计算225

1134绝热剪切带内晶粒组织的热稳定性227

114绝热剪切带内大剪切应变超塑变形229

１１５本章结论232

参考文献233

第12章绝热剪切带的分布规律236

１２1绝热剪切带间距的理论模型237

１２11Grady模型237

１２１２GradyKipp模型238

１２13WrightOckendon模型239

１２14Molinari模型241

１２15Meyers模型243

1２16绝热剪切带间距理论模型的比较245

１２2绝热剪切带轨迹的研究247

123平板爆炸复合界面内绝热剪切带的分布规律248

１２31绝热剪切带的集体行为特征249

１２32绝热剪切带间距的理论计算值和实验观测结果的

比较251

１２33爆炸复合界面内绝热剪切带的间距模型252

1234材料参量和爆炸复合参数对绝热剪切带间距的

影响254

１２35结论256

１２4结束语：问题与展望256

参考文献258