新型锆钛合金的动态拉伸力学性能与微观断裂机制试验研究

《新型锆钛合金的动态拉伸力学性能与微观断裂机制试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航天器环境工程第30卷第3期310SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2013年6月新型锆钛合金的动态拉伸力学性能与微观断裂机制试验研究刘崧1，覃金贵2，陈荣2，龚自正1一，张品亮1(1．西南交通大学材料科学与工程学院，成都610039；2．国防科技大学理学院，长沙410073；3．北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室，北京100094)摘要：采用直接撞击式Hopkinson拉杆装置对新型锆钛合金材料在动态冲击载荷作用下的力学性能进行了试验研究，得到了典型动态拉伸真应力一真应变曲线。试验结果表明，

2、在室温、应变率为800～4000SJ的情况下，材料的动态强度(包含屈服强度％2、抗拉强度crb)、失稳应变、伸长率以及应变能密度均随应变率的增大而增大。采用扫描电子显微镜(SEM)对试件断口进行分析，研究了合金材料在不同应变率状态下的失效断裂特征。结果发现，随应变率的增大，材料的断裂方式由准解理断裂变为韧性断裂。关键词：Hopkinson杆；动态拉伸；应变率；锆钛合金中图分类号：TB302．3文献标志码：A文章编号：1673-1379(2013)03-0310-06DoI：10．39690．issn．1673—1379．2013．03．01

3、60引言随着生产和科技的发展，工程材料在动态载荷作用下的力学性能越来越受到人们的重视，成为固体力学和材料科学中的一项重要课题。Hopkinson杆试验技术是测试材料动态力学性能的重要手段。其中，主要以Kolsky【lJ于1949年提出的分离式Hopkinson压杆(splitHopkinsonpressurebar，SHPB)技术最为典型，其优势在于试验结构简单、操作方便、易于数据处理和试验成本低，可以获得材料在高应变率(102～104SJ)加载下的动态力学性能。然而，Hopkinson压杆试验技术主要侧重用于材料的动态压缩性能的研究，较少

4、考虑材料的动态拉伸性能的测试。动态拉伸性能测试中存在两个困难：一是不易产生理想的拉伸加载脉冲；二是试样设计及其连接困难且易产生附加干扰【2】。围绕这两个难题，国内J'l-学者开始探索新的、更理想的试验技术。20世纪60年代，人们开始对SHPB技术进行延伸发展，研制出分离式Hopkinson拉杆(SHTB)试验技术，开始对材料动态拉伸性能进行研究。分离式Hopkinson拉杆试验技术按拉伸加载方式的不同，分为反射式、旋转盘式和直接撞击式3类。Harding等【3J首先提出反射式Hopkinson拉杆技术，该技术优点在于操作简单，可以得到应变率

5、在103S‘1以上时的试验结果，但在试验中易出现偏心载荷且试件连接处容易产生干扰信号，从而使得到的真应力一真应变曲线不能真实反映材料的拉伸性能。20世纪80年代初，Nicholas[4]提出了一种改进的反射式SHTB技术，该技术设计思想新颖，克服了信号干扰的缺点，已被用于一些工程材料的动态拉伸性能研究。旋转盘式SHTB技术【7]是在反射式SHTB技术基础上改进的，该技术产生的拉伸脉冲平稳，且脉冲的幅值、宽度和上升沿十分容易控制，信号稳定，目前已用于对钛合金[8-121、纯钛[13-14]、合金钢[15-16]等材料的动态拉伸性能研究。直接撞

6、击式SHTB技术【17j具有结构简单、易操作的特点，它是利用爆炸加载装置和快速断裂夹具使得加载应力波在入射杆的自由末端面反射形成拉伸波，直接对试样施加动态拉伸载荷。不足之处在于利用爆炸产生脉冲的难度较大，在试验室中不便于使用。Ogawa[18]在此基础上进行改进，设计了一种全新的冲击一拉伸一压缩测试技术，并得到广泛应用。目前，国内外研究人员大多采用直接撞击式收稿日期：2013．02．25；修回日期：2013—05—16基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(编号：2010CB731600)作者简介：刘崧(1986一)，男，硕士学位，研究

7、方向为材料动态力学响应。E-mail：liuson9198608@163．tom。第3期刘崧等：新型锆钛合金的动态拉伸力学性能与微观断裂机制试验研究』坐SHTB试验技术。新型锆钛合金(Zr-Ti．A1．V四元合金系)与传统合金钢材料相比，具有比强度高、密度小、耐高温、耐腐蚀的特点，可替代传统合金钢，在航天领域有可观的应用前景，未来可作为结构和承重材料用于空间活动构件。Liang等人畔201对新型锆钛合金在常规条件下的力学性能进行研究，发现其综合性能优异。然而，锆钛合金尽管在常规条件下具有较好的力学性能，但是在空间环境下的动态力学性能还有待进

8、一步研究121l，尤其对其动态拉伸性能研究目前还处于空白状态。在本文中，利用直接撞击式Hopkinson拉杆技术对新型锆钛合金进行常温、应变率为800～4000S。1下的动态拉伸