高温高应变率下纯钼动态力学性能与失效行为

高温高应变率下纯钼动态力学性能与失效

行为

于金程，秦丰，钱王欢，田学锋，陈玉平

（无锡职业技术学院机械技术学院，江苏无锡214121）

摘要：为了研究纯钼在高应变率下的动态力学性能及失效行为，采用分离式Hopkinson 压杆试验装置（SHPB）对纯钼在室温及高温下进行了动态压缩实验，并利用扫描电子显微镜（SEM）对冲击压缩后的试样进行了断口分析。结果表明：在冲击压缩载荷作用下，纯钼的动态压缩力学性能随温度的升高而降低；在已测试的温度下，室温应变率为1800 s-1时纯钼具有相对较大的动态压缩屈服强度（1110 MPa）和相对较大的动态抗压强度（1087 MPa）；在800℃应变率为2000 s-1时纯钼具有相对较大的应变量（17.6%）；而在300℃应变率为2200 s-1时纯钼具有较好的综合动态力学性能；高温、高应变率下纯钼的动态压缩断裂机制为准解理断裂。

关键词：高应变率；SHPB；纯钼；动态力学性能；失效行为

中图分类号：TG146.4 文章标示码：A

Dynamic Mechanical Properties and Failure Behavior of Pure Molybdenum at High temperatures and High Strain

Rates

YU Jincheng, QIN Feng, QIAN Wanghuan, TIAN Xuefeng, CHEN Yuping （School of Mechanical Technology, Wuxi Institute of Technology, Wuxi, 214121, China）Abstract: For investigating the dynamic mechanical properties and failure behavior of pure molybdenum under high strain rates, Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) was utilized at ambient temperature and high temperatures. The specimens after dynamic compression were analyzed by scanning electron microscopy (SEM). The results show that, the dynamic compressive properties of pure molybdenum decrease when temperature rises. Under the test temperatures,at ambient temperature and strain rate of 1800 s-1pure molybdenum has the relatively largest dynamic compressive yield strength (1100 MPa) and relatively largest dynamic compressive strength (1087 MPa). At 800℃ and strain rate of 2000 s-1 pure molybdenum has the relatively largest strain (17.6%). At 300℃and strain rate of 2200 s-1pure molybdenum has

excellent comprehensive dynamic mechanical performance. The dynamic compressive mechanism of pure molybdenum is mix-fractured quasi-cleavage at high temperatures and high strain rates.

Key words: High strain rates；SHPB；pure molybdenum；dynamic mechanical property；failure behavior

钼及钼合金具有熔点高、高温强度和高温硬度高、热膨胀系数小、导热与导热性能好以及优良的耐酸碱性能，被称为“能源金属”，被广泛应用于钢铁、航空航天、核电、石油冶炼、光伏产业及风力发电等领域，且在上述大部分应用领域没有直接替代品[1-3]。我国是全球最大钼资源和钼产品生产国，截至2014年末，全球钼矿储量为11000千吨，我国作为全球最大的钼资源国，储量为4300千吨，大力发展钼资源和钼产品对我国具有格外重要的战略意义。

目前，对钼及钼合金的相关研究主要集中在高纯化[4-6]、合金化[7-10]和成形工艺上[11-13]，并且所测试的力学性能试验大多是在应变率较低的静态实验条件下完成的[14-16]。由于钼及钼合金具有强度高、变形温度高，塑性差等特点，使得钼及钼合金变形过程困难，在高速轧制、高速挤压等新的成形工艺的探究上，缺少必要的变形参数（应变、应变率和温度等）基础。目前国内对高应变率下纯钼的动态力学性能相关研究较少。国外Geremy等[17]对多晶钼材料进行了准静态试验和泰勒杆撞击试验，发现了多晶钼材料具有拉-压不对称性和变形各向异性。Martina 等[18]对纯钼进行了高温动态拉伸试验和室温动态压缩试验，在高温动态拉伸试验中，纯钼具有应变率效应和热软化效应；室温动态压缩试验中纯钼只表现出应变率效应，而该研究尚缺少高温下的动态压缩测试实验。

为此，本文以纯钼为研究对象，基于附带加热装置的分离式Hopkinson压杆(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)实验加载技术[19,20]，研究高应变率下温度对纯钼的动态压缩力学性能的影响，既可以完善纯钼及钼合金的高速变形理论，又可以通过提高变形速率的方式来降低纯钼产品制备时的变形温度，从而为纯钼板、棒、丝材的生产、成形及制备的工艺改善提供技术指导和依据。

1 材料及实验方法

1.1 实验材料

本实验所用纯钼由宝鸡市天宇稀有金属有限公司制备，原材料为φ16×800 mm圆柱棒材。动态压缩试样为圆柱形，其尺寸为φ8×6 mm，并沿纯钼圆柱棒材轴向制备动态压缩试样。

1.2 实验方法

采用附带加热装置的SHPB设备进行高应变率的冲击压缩实验，实验设备如