01

目前，正在研究?jī)?chǔ)存50年的AK-25鐵素體-貝氏體低碳鋼。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械拉伸特性（儲(chǔ)存后）值如下：極限強(qiáng)度σ_t=660MPa，屈服強(qiáng)度σ_0.2=595MPa，試樣作用部分相對(duì)伸長(zhǎng)率δ₅=18.5%，相對(duì)收縮率ψ=52.0%。

目前，研究應(yīng)變率ε=10²-10⁴s^-1范圍內(nèi)變形特性和強(qiáng)度特性的方法有科爾斯基法，還有科爾斯基改進(jìn)法，包括分離式霍普金森壓桿法（SHPB）。

使用設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)備包括20mm氣動(dòng)氣槍，帶有控制系統(tǒng)；一套測(cè)量和記錄設(shè)備，20mm直徑的SHPB組，可更換。試件形狀如圖1所示，試樣作用部分的直徑和長(zhǎng)度分別為5mm和10mm，試樣總長(zhǎng)度為40mm。對(duì)于每個(gè)選定的加載速率，測(cè)試三個(gè)試樣，應(yīng)變速率精度設(shè)置為±5%。

金相研究包括以下設(shè)備：AFFRI DM8顯微硬度計(jì)（負(fù)載為0.5N），“Stereo Discovery.V12”光學(xué)顯微鏡和SEM-535掃描電子顯微鏡。

02

2.1 動(dòng)態(tài)負(fù)載

測(cè)試期間的平均應(yīng)變率幾乎相同：ε=930、945s^-1。在應(yīng)變?chǔ)?（1.80±0.05）%時(shí)，測(cè)試試樣達(dá)到最大應(yīng)力。

2.2 動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果分析

首先應(yīng)注意，受測(cè)試鋼材動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力與動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度匹配（見表1）。表中，σ_sd為動(dòng)態(tài)屈服極限，σ_bd為強(qiáng)度極限，δ_d為伸長(zhǎng)率，ψ_d是收縮率。

比較鋼材在初始狀態(tài)下的動(dòng)靜特性。結(jié)果表明，強(qiáng)度特性（屈服應(yīng)力和極限強(qiáng)度）和延展特性（收縮率）均顯著增強(qiáng)。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中試樣的幾何形狀差異很大，不應(yīng)與延展特性（伸長(zhǎng)率）進(jìn)行比較，因此不對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。以前認(rèn)為應(yīng)變率的增加會(huì)增加材料的脆性，但本研究是簡(jiǎn)單特例，不適用其他鋼。此外，有文獻(xiàn)表明，對(duì)于某些金屬材料（35KhS3MA鋼和VT23鈦合金），提高應(yīng)變速率、降低試驗(yàn)溫度，可改善材料延展特性。

比較鋼材在初始狀態(tài)和長(zhǎng)期存放后的動(dòng)態(tài)特性。長(zhǎng)期存放材料制成的試樣，其延展性更差（δ_d略有下降，ψ_d大幅下降），所以試樣更脆；與初始狀態(tài)材料制備的試樣相比，長(zhǎng)期存放材料制備的試樣的最大應(yīng)力較低。在這兩種情況下，鋼的延展性仍然很高，靜態(tài)測(cè)試中超過(guò)了延展性ψ。

對(duì)于長(zhǎng)期存放后材料制成的試樣，應(yīng)變率的增加對(duì)測(cè)量特性沒有影響。由初始材料制成的試樣，應(yīng)變率（在研究范圍內(nèi)）不僅僅影響強(qiáng)度特性（σ_sd和σ_bd）。對(duì)于兩種狀態(tài)的試樣，其收縮率與伸長(zhǎng)率的比值都很大：ψ_d/δ_d=7-10。，表明在金屬結(jié)構(gòu)中有局部塑性變形過(guò)程。

通過(guò)分析負(fù)載曲線得出以下結(jié)論：

1）當(dāng)達(dá)到極限（屈服）強(qiáng)度時(shí)，試樣形成非均勻變形的擴(kuò)展區(qū)域，頸部成形，均勻變形區(qū)域非常小；

2）非均勻變形區(qū)域由兩個(gè)區(qū)域組成：發(fā)生頸縮的區(qū)域和材料結(jié)構(gòu)松弛區(qū)域（由于材料結(jié)構(gòu)變化而引起應(yīng)力降低）；

3）在結(jié)構(gòu)松弛過(guò)程中，初始材料制成試樣中觀察到幾個(gè)局部流動(dòng)應(yīng)力峰，長(zhǎng)期儲(chǔ)存后材料制成試樣中觀察到單一峰，這表明鋼的松弛特性不同?？梢约僭O(shè)試樣中承載著松弛特性，材料長(zhǎng)期儲(chǔ)存導(dǎo)致老化，試樣變形（錯(cuò)位等），載體的松弛流動(dòng)性降低。

2.3 斷裂樣品金相檢驗(yàn)結(jié)果

觀察可看到，測(cè)試試樣中出現(xiàn)錐形杯狀斷裂，為金屬的韌性斷裂，伴隨頸部形式局部變?。▓D2（a）、圖2（b）、圖2（d）和圖2（e））。形態(tài)上，裂縫為延性裂縫，導(dǎo)致準(zhǔn)脆性微起伏，即微浮雕狀（圖2（c）和圖2（f））。然而，試樣蝕刻表面的照片顯示，初始材料微浮雕狀不規(guī)則性要大得多。

對(duì)斷裂帶所在區(qū)域放大1000倍（圖3），確定斷裂帶尺寸。將斷裂帶輪廓Df的斷裂尺寸作為參數(shù)。

眾所周知，斷裂尺寸值是斷裂表面定量特征，通常可以是分?jǐn)?shù)。但結(jié)構(gòu)金屬和合金是多晶，在許多單獨(dú)的晶粒（晶體）上特性平均，所以，在測(cè)試中形成的斷裂面通常是自仿射，而不是分形的。

在100-1000的縮放比例下，用垂直切片方法測(cè)量裂縫區(qū)域斷裂尺寸。斷裂尺寸值為：初始狀態(tài)的材料D_f=1.12，長(zhǎng)期儲(chǔ)存后的材料D_f=1.04。D_f=1.04是典型的具有低延展性的材料。鋼在初始狀態(tài)和長(zhǎng)期儲(chǔ)存后的結(jié)構(gòu)相似，斷裂尺寸值的差異可忽略不計(jì)。