高应变率下的材料脆化机理

在高速加工、低温、热处理等过程中均会出现材料脆化现象，其中高速加工中的材料脆化与应变率密切相关。除高速加工外，在弹道侵彻、爆破及隧道挖掘等高应变率状况下，同样会出现应变率导致材料脆化现象。目前针对高应变率条件下的材料响应问题，众多学者进行了大量的研究，但对于高应变率下材料的脆化机理尚不明确。本文针对高应变率下的材料脆化问题进行讨论，介绍了应变率对材料力学性能的影响，指出应变率导致材料强度提高，韧性降低是导致材料脆化的重要原因，并首次提出了高应变率下材料脆化的敏感性系数 ks，通过该系数可以判断应变率导致材料脆化的难易程度。此外，高应变率条件下应力波的传播与反射会导致材料内部产生拉应力，同样是影响材料脆化及碎化的重要影响因素。最后，本文分析了材料脆化及裂纹扩展的临界条件，并从位错角度解释了裂纹的形核与扩展机理。本文为预测在加工、隧道挖掘以及装甲防护等高应变率条件下的材料脆化及碎化提供理论指导。