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1-15 钽钨合金在10GPa冲击加载下的层裂和损伤 李大红 动载荷下的韧性材料动态损伤与破坏过程通常被认为主要是由材料中微孔洞的成核、长大和汇合造成的。根据大量存在微孔洞的客观事实力图从统计的角度考察微孔洞的演化规律，研究者提出了各种模型以描述统计平均规律，如Curran、Seaman等提出的微裂纹和微孔洞演化的NAG模型，白以龙等研究的理想微裂纹系统随时间的统计演化过程，探讨了微裂纹的统计成核规律和长大规律，邢修三等根据塑性形变位错动力学机制和微裂纹数目平衡原理，得到微裂纹数密度的统计演化方程等。总的看来，材料动态损伤系统的理论研究尚在发展阶段，尚需对各种模型进一步验证。 材料的动态损伤涉及的因素很多，如材料的物理－力学性质、微观组织结构、夹渣、冶金过程、加工处理条件、动载条件甚至试件的几何构形等。 对密度分别为16.7 g/cm3和16.8g/cm3的Ta96W4和Ta92W8（wt％）两种体心立方的再结晶钽钨合金的动态损伤与破坏进行了实验，用一级气体炮加载装置将Ta–W飞片和钢飞片加速到200~500m/s的速度撞击Ta–W合金样品，通过Mn–Cu压力计得到了样品中的应力随时间的变化以及样品的层裂强度。实验发现在入射应力为10GPa以下时两种钨合金的断裂强度为4.7~5.8GPa，对Ta4W来说，细晶的断裂强度明显高于粗晶。 利用软回收技术得到了受冲击后的回收样品，通过金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等测试手段对回收样品进行了微细观分析，发现在冲击应力为7.4GPa时，微孔洞即已萌发，当冲击应力增到8.7GPa时，孔洞已逐渐长大，孔洞内部可以看到明显的熔融，形成球形、葫芦样的熔渣，孔洞边缘已产生了裂尖，而且裂尖取向与冲击方向基本上处于正交方向，裂尖在孔内的走向基本一致。当冲击应力增至9.5GPa时，孔洞不再增长，裂尖发展成裂纹，裂纹走向与初始裂尖方向正交，亦即与应力波传播方向一致，孔洞之间通过裂纹被连结成波浪式的大裂纹。 实验表明，孔洞形成伊始，随着应力的增加，孔洞在不断增大，当孔洞增大到一定程度后孔洞局部发生破裂形成裂尖，造成局部应力集中，裂尖方向随应力幅值增加迅速发生90°的折拐，指向邻近的孔洞并将孔洞彼此连结在一起。实验表明，材料的初始损伤是孔洞成核的基点，孔洞增长到形成裂尖后，其能量被转移到裂纹而孔洞体积不再增大，裂纹的形成并不能归因为孔洞的不断扩大而连结所致，主题是依靠裂纹将洞连结在一起，最终使裂纹增长以致结构破坏。此外，实验还发现，当应力波幅值增大到15GPa，材料由韧性破坏转化为脆性破坏，裂纹由波浪式变成直线形结构，可以看出，韧－脆破坏的转化对材料的应变率十分敏感，而且孔洞的成核、发展与材料结构密切相关。 |