HfZrTiTaAl 系高熵合金動態(tài)變形、損傷及破壞行為前言 高熵合金（HEAs）作為一類新型金屬材料，以其獨特的微觀結構和優(yōu)異的綜合力學性能，在極端環(huán)境下的應用潛力巨大，尤其是在高速碰撞和爆炸沖擊等動態(tài)加載條件下。本研究聚焦于HfZrTiTaAl系難熔高熵合金，旨在深入探究其在動態(tài)加載下的變形、損傷及破壞行為，為合金的進一步應用提供理論支撐。
為評估合金的力學性能，本研究進行了準靜態(tài)壓縮實驗和分離式霍普金森壓桿（SHPB）實驗。準靜態(tài)壓縮實驗用于獲取合金的基本力學參數(shù)，如屈服強度和斷裂應變等；而SHPB實驗則用于模擬動態(tài)加載條件，研究合金在高應變率下的力學響應。
實驗材料制備 本研究設計并制備了HfZrTiTaAl系高熵合金。具體制備過程包括原料選擇、熔煉、澆鑄及后續(xù)熱處理等步驟。通過精確控制原料比例和熔煉工藝，確保了合金成分的均勻性和微觀結構的穩(wěn)定性。 試驗結果與討論 微觀結構表征 合金的微觀結構對其力學性能具有重要影響。本研究發(fā)現(xiàn)，HfZrTiTaAl系高熵合金的晶粒尺寸較大，且內(nèi)部存在大量亞晶界和位錯堆疊，這些特征有助于提高合金的強度和韌性。此外，合金的晶界處還觀察到明顯的晶格畸變，這可能與元素的偏析和固溶強化效應有關。
力學性能表現(xiàn) 在準靜態(tài)加載條件下，合金表現(xiàn)出良好的塑性和強塑性匹配能力，屈服強度達到1140MPa，斷裂應變?yōu)?.33。而在動態(tài)加載條件下，合金的力學性能發(fā)生顯著變化，屈服強度隨應變率的增加而增加，表現(xiàn)出明顯的應變率效應。這一結果表明，HfZrTiTaAl系高熵合金在動態(tài)加載下具有更高的強度和更好的抗變形能力。
 斷口形貌分析 斷口形貌是反映合金斷裂特征的重要信息。本研究通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了不同加載條件下的斷口形貌。在準靜態(tài)加載下，斷口處發(fā)現(xiàn)大量韌窩形貌，表明合金經(jīng)歷了明顯的塑性變形和撕裂過程；而在動態(tài)加載下，斷口則呈現(xiàn)部分臺階狀形貌和韌窩，表明合金的斷裂方式從塑性斷裂轉變?yōu)轫g脆結合斷裂。這一變化可能與動態(tài)加載下合金內(nèi)部的應力狀態(tài)和變形機制有關。
數(shù)值模擬 為深入理解合金在動態(tài)加載下的損傷和破壞行為，本研究采用有限元模擬方法進行了數(shù)值模擬。通過標定和驗證Johnson Cook本構模型和失效參數(shù)，建立了能夠準確描述合金在高應變率加載下力學響應的數(shù)值模型。
損傷分析 數(shù)值模擬結果表明，在動態(tài)加載下，合金的損傷主要集中在與加載方向呈45°角的截面上，且試樣中部的損傷程度大于兩側。這一結果與實驗觀察到的斷口形貌相吻合，進一步證實了合金在動態(tài)加載下的損傷和破壞行為。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，損傷程度為0.8-1的高損傷單元在動態(tài)加載下更容易發(fā)生斷裂和破壞，這為理解合金的損傷機制提供了重要參考。
結論 本研究通過制備HfZrTiTaAl系高熵合金，并進行了準靜態(tài)和動態(tài)加載條件下的力學性能測試和微觀結構表征，深入探究了合金在動態(tài)加載下的變形、損傷及破壞行為。研究結果表明，合金具有優(yōu)異的力學性能和特定的微觀結構特征，其斷裂方式隨加載條件的變化而發(fā)生變化。此外，通過數(shù)值模擬和損傷分析，進一步揭示了合金在動態(tài)加載下的損傷機制和破壞規(guī)律。 參考文獻： 【HfZrTiTaAl 系高熵合金 動態(tài)變形、損傷及破壞行為】 高茂國，劉睿，郭巖松，耿恒恒，陳鵬萬 |
