·980 北京科技大学学报 第31卷 04r 1000 6000 (b) (c) 800 5000 0.3 600 4000 慰o2叶 400 30 0.1 2000 200 1000 2040 60 80 0 20 4060 80 20 4060 时间5 时间 时间μs 图2典型的应变()、应力(b)和应变率（随时间变化曲线 Fig 2 Representat ive curves of strain (a),stress (b)and strain rate (c)with time 1000 化效应；并且随着应变率的提高，纯铁具有明显的增 强、增塑的特点 800 800, 600 -●-3820s 600 400 -0-16205 -0-650s1 200 400 -0-3820s1 -0-1620s-1 -0-650s1 0.1 0.2 0.3 0.4 工程应变 图3工程应力一应变曲线 01 0.2 0.3 04 Fig.3 Engineering stressstrain curves 真应变 表2不同应变率条件下纯铁的动态力学性能 图4真应力真应变曲线 Table 2 Dynamic mecharical propertics of pure iron at different strain Fig 4 T mue stressstrain curves mtes 2.2纯铁在高应变速率下的显微组织演变及变形 应变率山s」 动态屈服强度c/MPa最大应变E。/% 机制 650 350 5.0 由图5(a)可见，退火态(930℃下2h退火)纯铁 1620 442 124 的显微组织主要是由不规则形状的粗大铁素体晶粒 3850 526 29.3 组成，有混晶（组织不均匀）现象出现，由于实验材料 的纯度较高，只有微量细小弥散的三次渗碳体分布 的截面变化，可以修正为下式： 于晶界上，对纯铁的力学性能影响较小，高应变率 c'=o(t)(1-e(t)) 4) 冲击后，粗大的铁素体晶粒发生破碎、细化：纯铁的 式(3)可得到材料的工程应力一应变关系，而式 显微组织中出现了变形李晶（图5(b)~图5(d)),李 (4)得到的为材料的真实应力应变关系，与图3相 晶把铁素体晶粒分割成许多亚晶，随着应变率的增 对应的真实应力一应变曲线如图4所示.在低应变 加，李晶间距减小，孪晶的体积分数增加，亚晶有随 率范围内，工程应力应变曲线接近真实应力应变 应变率增加而细化的趋势.在650~3850s1的应 曲线：在高应变率范围内，真实应力与工程应力比较 变率范围内，出现了较多的细块状碎晶组织和孪晶， 有所降低. 但未形成空洞、裂纹等.这些结果表明，以粗大铁素 从图3、图4和表2可以看出，随着应变的增 体为主的显微组织在高应变率冲击下具有较强的变 大，纯铁的流变应力迅速提高，产生了剧烈的应变强 形能力和变形抗力：在高应变率冲击下粗大的铁素 化效应.总体而言，随着应变率的提高，动态屈服应 体组织得到细化，并且随着应变率的提高，孪生变形 力大幅度提高，动态应力一应变曲线呈显著上升趋 量增大，形变孪晶密度增加，大的孪生变形量吸收了 势，最大应变也显著增大：但曲线的斜率随着应变率 大量的高速冲击功，这些都是纯铁在高应变率下增 的提高而降低，表明流变应力的上升速率降低.由 强、增塑而未被破坏的根本原因. 此可见，在动态载荷下，纯铁材料具有显著的应变强 在=650s时，变形孪晶开始出现：e=1620图 2 典型的应变( a) 、应力(b) 和应变率( c) 随时间变化曲线 Fig.2 Represent ative cu rves of strain ( a) , stress ( b) and strain rate ( c) with time 图 3 工程应力-应变曲线 Fig.3 Engineering stress-strain curves 表 2 不同应变率条件下纯铁的动态力学性能 Table 2 Dynamic mechani cal properties of pu re iron at different strain rates 应变率 ε· / s -1 动态屈服强度 σyd / MPa 最大应变 εmax / % 650 350 5.0 1 620 442 12.4 3 850 526 29.3 的截面变化, 可以修正为下式 : σ′=σ( t)( 1 -ε( t )) ( 4) 式( 3)可得到材料的工程应力-应变关系, 而式 ( 4)得到的为材料的真实应力-应变关系, 与图 3 相 对应的真实应力-应变曲线如图 4 所示.在低应变 率范围内, 工程应力-应变曲线接近真实应力-应变 曲线 ;在高应变率范围内, 真实应力与工程应力比较 有所降低 . 从图 3 、图 4 和表 2 可以看出, 随着应变的增 大, 纯铁的流变应力迅速提高, 产生了剧烈的应变强 化效应 .总体而言, 随着应变率的提高, 动态屈服应 力大幅度提高, 动态应力-应变曲线呈显著上升趋 势, 最大应变也显著增大 ;但曲线的斜率随着应变率 的提高而降低, 表明流变应力的上升速率降低.由 此可见, 在动态载荷下, 纯铁材料具有显著的应变强 化效应 ;并且随着应变率的提高, 纯铁具有明显的增 强 、增塑的特点. 图 4 真应力-真应变曲线 Fig.4 T rue stress-strain curves 2.2 纯铁在高应变速率下的显微组织演变及变形 机制 由图 5( a) 可见, 退火态( 930 ℃下 2 h 退火) 纯铁 的显微组织主要是由不规则形状的粗大铁素体晶粒 组成, 有混晶( 组织不均匀) 现象出现, 由于实验材料 的纯度较高, 只有微量细小弥散的三次渗碳体分布 于晶界上, 对纯铁的力学性能影响较小 .高应变率 冲击后, 粗大的铁素体晶粒发生破碎 、细化 ;纯铁的 显微组织中出现了变形孪晶( 图 5( b) ～ 图 5( d) ) , 孪 晶把铁素体晶粒分割成许多亚晶, 随着应变率的增 加, 孪晶间距减小, 孪晶的体积分数增加, 亚晶有随 应变率增加而细化的趋势 .在 650 ～ 3 850 s -1的应 变率范围内, 出现了较多的细块状碎晶组织和孪晶, 但未形成空洞 、裂纹等 .这些结果表明, 以粗大铁素 体为主的显微组织在高应变率冲击下具有较强的变 形能力和变形抗力;在高应变率冲击下粗大的铁素 体组织得到细化, 并且随着应变率的提高, 孪生变形 量增大, 形变孪晶密度增加, 大的孪生变形量吸收了 大量的高速冲击功, 这些都是纯铁在高应变率下增 强 、增塑而未被破坏的根本原因 . 在 ε · =650 s -1时, 变形孪晶开始出现 ;ε · =1 620 · 980 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷