Page 102 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 陈军红，等： 铱合金在高温下的动态拉伸力学性能 第 12 期

目前在动态拉伸实验中，试样高温实现与温度保持主要有 3 种方式：第 1 种方式为同步自组装式或
一体式电阻炉加热，该方式中试样保温效果较好，但同步自组装装置较为复杂，且较难实现应力波在夹
具和试样中的有效传递，而一体式同时对夹具和波导杆进行加热，一方面会导致夹具和波导杆因温度过
高而无法承受载荷，另一方面，波导杆的力学性能会随温度的升高而发生变化，导致测试结果出现较大
偏差；第 2 种方式为高频感应加热，该种方式能实现试样快速升温，且不会对夹具和波导杆进行加热，但
对于小尺寸试样，高频感应加热有效加热功率过低，使得试样无法达到较高温度，且难以实现高温保持；
第 3 种方式为大电流加热，对试样通以低压大电流，利用金属材料具有一定电阻的特性使其产生热量，
因试样电阻值与夹具和波导杆相差较大，用该种方式能实现在对试样进行高温加热的同时保证夹具和
波导杆不会产生较高的温升，且通过温度反馈可自动调节电流大小，以实现试样高温保持。综合以上考
虑，在进行铱合金高温动态拉伸实验时选用大电流加热方式。
为确保试样夹具和波导杆不会产生较高温升，在夹具两端设置循环水冷装置。若拉伸应力波到达
试样时试样仍通以大电流，试样拉断时的电流瞬间通断会对波导杆上的应变信号测试造成极大的干扰，
因此需在应力波到达试样前断开大电流。铱合金试样尺寸小、热容量小，大电流的断开会造成试样温度
瞬间下降，因此，高温试样与波导杆冷接触时间的精准控制对于铱合金高温拉伸实验的实施至关重要。
图 3 所示为铱合金试样加热到 1 133 ℃ 时断开电流后不同时刻的试样温度，在 50 ms 时，铱合金试样温
度已从 1 133 ℃ 下降到 1 075 ℃，温度下降了 5.1%，因此需将冷接触时间控制在 50 ms 内。将大电流通电
导线延伸至霍普金森拉杆中，金属连接短杆附近，在发射子弹撞击金属连接短杆产生拉伸应力波的同时
切断通电导线，拉伸应力波在入射杆中传播时间即为冷接触时间。实验时，入射杆长 2 m，冷接触时间可
控制在 1 ms 内。

1 133 ℃ 1 116 ℃ 1 075 ℃ 1 025 ℃

0 ms 35 ms 50 ms 100 ms
图 3 铱合金试样断电后温度随时间的变化
Fig. 3 Temperature variation of iridium alloy after power off

综合以上 3 个关键技术，最终形成了铱合金小尺寸试样动态拉伸实验技术，实验装置示意图如图 4
所示，试样温度通过红外非接触式测温获取，达到指定温度后，通过红外测温的结果反馈调节加热电流，
温度控制精度为±10 ℃。组装后的试样、水冷装置以及电极的实物照片如图 5 所示。图 3 中零时刻为加
热到 1 133 ℃ 时试样中的温度分布图，均温区宽度占试样标准段长度的 72%，表明铱合金试样高温的实
现与控制是有效的。

To the power source
Water inlet
v
Incident bar Eletrode Specimen Transmission bar
Impact hammer
Fixture Strain gage
Prefixed metal bar
Electrical wire Water outlet

图 4 高温动态拉伸实验装置示意图
Fig. 4 Schematic diagram of high temperature dynamic tension experimental device

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