异构金属材料的冲击动力学行为研究进展

张子晗，马 彦，袁福平

（1. 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室，北京 100190；2. 中国科学院大学工程科学学院，北京 100049）

从人类文明进入铁器时代开始，金属材料在人们的生产和生活中扮演着越来越重要的角色，如武器装备、飞机、桥梁、汽车、房屋等各个方面都离不开金属材料的应用。金属材料的广泛使用得益于其优异的力学性能，尤其是动态载荷（如高速撞击、高速切削、爆炸防护等极端环境[1–3]）下的性能。

金属材料在高应变速率下的变形主要取决于材料3 个方面的性质：应变硬化能力、应变率硬化（应变速率敏感性）和热软化[3]。在高应变速率下，材料往往会因为缺乏足够的硬化能力而发生变形局部化，由于应变速率较高，热扩散来不及进行，局部化变形会使材料在极小的区域内产生40%Tm～Tm（熔点）的绝热温升，从而使材料发生热软化失效。通常材料的应变速率敏感系数越高，意味着抵抗变形局部化的能力越高。对于FCC（面心立方）金属来说，晶粒尺寸越小，应变速率敏感系数越高；而BCC（体心立方）金属正好相反，晶粒尺寸越小，应变速率敏感系数越低，因此BCC 纳米晶金属材料相较粗晶金属而言，更易发生局部化变形，在较低的应变下即发生失效破坏[4–6]。

局部化的变形会使材料内部形成绝热剪切带（Adiabatic shear band，ASB）。大量的实验和理论证明，绝热剪切带失效是金属材料在高应变率载荷下主要的失效模式。绝热剪切带宽度通常只有10～100 µm，剪切应变大于1，应变速率为103～107s–1[1–3]。绝热剪切带会发展成宏观裂纹，造成材料的失效破坏。……