D01:10.133741.ism1001053x.2009.08.007 第31卷第8期 北京科技大学学报 Vol.31 No.8 2009年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ag2009 纯铁药型罩材料的动态应力一应变行为 包卫平)任学平)金宏全2 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)中钢集团工程设计研究院有限公司.北京100080 摘要利用Hopkinson杆技术对经930℃下退火2h的纯铁药型罩材料进行了冲击压缩实验，测定了该材料在不同应变率 下的动态应力应变关系.借助光学显微镜对变形后纯铁的组织进行了观察，研究了在不同应变率下变形过程中纯铁的组织 演变和动态应力应变行为.研究表明：在650~3850s1的应变率范围内，纯铁药型罩材料有显著的李生变形，发生了明显的 应变强化和应变率强化效应，且最大应变也随应变率的提高而增加：在高应变率冲击下，李生和滑移是纯铁的主要塑性变形 机制.也是纯铁高应变率增强增塑的主要机制 关键词纯铁：应力应变关系：李生：冲击载荷 分类号TG113.1 Dynamic stress-strain behavior of pure iron for shaped charge liners BAO Wei-ping).REN Xue-ping.JIN Hongquan) 1)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)Sinosteel Engineering Design Research Instit ute Ltd..Beijing 100080 China ABSTRACT The shock compression experiments of pure iron for shaped charge liners after annealing at 930C for 2h were carried out with the split Hopkinson pressure bar apparatus,and its dynamic stressstrain relationships were measured at different strain rates.The microstructure of the deformed pure iron was examined by optical microscope.The microstructure evolution occurring at different strain rates and dynamic stressstrain behavior were investigated.It is shown that pure iron for shaped charge liners has the twinning structure after impact compression.The effect of work-hardening and strain rate strengthening for pure iron occurs at the strain rates of 650 to 3850s,and the maximum strain also rises with increasing strain rate.Twinning and slipping are the plastic deformation mechanism of pure iron under the shock of high strain rate,w hich leads to the increase in both stength and plasticity at high strain rate for pure iron. KEY WORDS pure iron:stressstrain relationship twinning:shock load 对材料动态特性研究的中心任务之一就是建立 种软化效应使金属或合金表现出比较高的塑性，如 能描述材料在各种载荷条件下的力学本构模型及其 爆炸成形弹丸(explosively fomed projectile,EFP) 应变速率相关性.在过去的几十年中，人们对材料 所经历的塑性变形达100%~300%4.在EFP过 的动态变形行为进行了广泛的研究刂.在动态加载 程中，药型罩被压溃后材料的变形实质是一个动态 条件下，材料的应力一应变响应特征因材质或显微 力学行为，只有动态力学性能才是真实反映材料变 组织不同而差异很大.大多数金属与合金的流变应 形时的实际性能.药形罩材料的动态本构关系模型 力随应变速率的增加而提高，表现出应变强化效应.的建立是准确进行EP成形数值模拟分析的前提， Myes等的研究到表明，强化机制是冲击波使材因此研究药型罩材料在复杂条件下的动态力学性能 料内产生多种高密度缺陷，包括位错、孪晶、层错或 对于EP战斗部设计具有重要的意义.纯铁是重 者发生相变.但是短脉冲强冲击强化效应在某一峰 要的EFP药型罩材料，文献[49对纯铁变形性能 压时达到极限，软化效应已开始与强化效应平衡，这 的影响因素进行了研究，但对纯铁在高应变率条件 收稿日期：200809-18 作者简介：包卫平(1977一)，男.博士研究生：任学平(1957-），男，教授，博士生导师，E-maik rxp33@mm.us山.cu.cm纯铁药型罩材料的动态应力-应变行为 包卫平1) 任学平1) 金宏全2) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 2) 中钢集团工程设计研究院有限公司, 北京 100080 摘 要 利用 Hopkinson 杆技术对经 930 ℃下退火 2 h 的纯铁药型罩材料进行了冲击压缩实验, 测定了该材料在不同应变率 下的动态应力-应变关系.借助光学显微镜对变形后纯铁的组织进行了观察, 研究了在不同应变率下变形过程中纯铁的组织 演变和动态应力-应变行为.研究表明:在 650～ 3 850 s -1的应变率范围内, 纯铁药型罩材料有显著的孪生变形, 发生了明显的 应变强化和应变率强化效应, 且最大应变也随应变率的提高而增加;在高应变率冲击下, 孪生和滑移是纯铁的主要塑性变形 机制, 也是纯铁高应变率增强增塑的主要机制 . 关键词 纯铁;应力应变关系;孪生;冲击载荷 分类号 TG113 .1 Dynamic stress-strain behavior of pure iron for shaped charge liners BAO Wei-ping 1) , REN Xue-ping 1) , JIN Hong-quan 2) 1) School of Mat erials Science and Engineering, University of S cience and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Sinosteel Engineering Design &Research Institute Ltd., Beijing 100080, China ABSTRACT The shock compressio n experiments of pure iron fo r shaped charge liners after annealing at 930 ℃ for 2 h were carried out with the split Hopkinson pressure bar apparatus, and its dynamic stress-strain relationships were measured at different strain rates.The microstructure of the deformed pure iron was ex amined by optical microsco pe.The microstructure evolution occurring at different strain rates and dynamic stress-strain behavior were investigated.It is shown that pure iron for shaped charge liners has the twinning structure after impact compression.The effect of wo rk-hardening and strain rate streng thening for pure iron occurs at the strain rates of 650 to 3850 s -1 , and the max imum strain also rises with increasing strain rate.Twinning and slipping are the plastic defo rma tio n mechanism of pure iron under the shock of high strain rate, w hich leads to the increase in both strength and plasticity at hig h strain rate for pure iron . KEY WORDS pure iron ;stress-strain relationship;tw inning;shock load 收稿日期:2008-09-18 作者简介:包卫平( 1977—) , 男, 博士研究生;任学平( 1957—) , 男, 教授, 博士生导师, E-mail:rxp33@mat er .ustb.edu.cn 对材料动态特性研究的中心任务之一就是建立 能描述材料在各种载荷条件下的力学本构模型及其 应变速率相关性.在过去的几十年中, 人们对材料 的动态变形行为进行了广泛的研究 [ 1] .在动态加载 条件下, 材料的应力-应变响应特征因材质或显微 组织不同而差异很大 .大多数金属与合金的流变应 力随应变速率的增加而提高, 表现出应变强化效应 . M eyers 等的研究[ 2-3] 表明, 强化机制是冲击波使材 料内产生多种高密度缺陷, 包括位错、孪晶、层错或 者发生相变.但是短脉冲强冲击强化效应在某一峰 压时达到极限, 软化效应已开始与强化效应平衡, 这 种软化效应使金属或合金表现出比较高的塑性, 如 爆炸成形弹丸( explosively fo rmed projectile, EFP) 所经历的塑性变形达 100 %～ 300 %[ 4] .在 EFP 过 程中, 药型罩被压溃后材料的变形实质是一个动态 力学行为, 只有动态力学性能才是真实反映材料变 形时的实际性能.药形罩材料的动态本构关系模型 的建立是准确进行 EFP 成形数值模拟分析的前提, 因此研究药型罩材料在复杂条件下的动态力学性能 对于 EFP 战斗部设计具有重要的意义 .纯铁是重 要的 EFP 药型罩材料, 文献[ 4-9] 对纯铁变形性能 的影响因素进行了研究, 但对纯铁在高应变率条件 第 31 卷 第 8 期 2009 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.8 Aug.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.08.007