Page 106 - 《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

从铱合金宏微观断裂特性可以看出，随着温度的升高，铱合金由沿晶断裂主控的断裂模式转变为晶
粒高温软化断裂主控的断裂模式，即晶界失效和晶粒高温软化屈服两者相互竞争决定了铱合金高温动
态断裂行为。依据 Hall-Petch 关系，屈服应力可表示为：

σ = σ 0 +kd −1/2 (6)
式中：k 为材料常数，d 为晶粒尺寸， σ 0 可表示为长程非热应力 σ G 与热激活应力 σ ∗ 之和，即

σ 0 = σ G +σ ∗ (7)
σ ∗ 可表示为应变率和温度
长程非热应力 σ G 可认为为材料常数，与应变率和温度无关。热激活应力
的函数，针对面心立方金属，其函数关系为：

σ = C 1 ε 1/2 exp(−C 2 T +C 3 T ln ˙ε) (8)
∗
式中：C 、C 和 2 C 为材料常数。材料中晶界强度受晶界结构和成分影响，而晶界结构主要是指晶界的取
3
1
向差 [19] ，晶界成分主要指杂质的偏聚浓度。对于特定成分和工艺的金属材料，晶界强度可认为是常数。
σ ，联合式 (6)～(8)，可以获取延脆转变温度 T ：
令晶界强度 σ GB 等于屈服应力 c
1 [ ( )]
T c = ln(σ GB −σ G −kd −1/2 )−ln C 2 ε 1/2 (9)
C 3 ln ˙ε−C 3
式 (9) 为应变率相关的铱合金延脆转变温度表达式，当温度大于延脆转变温度时，铱合金发生延性
断裂，但温度低于延脆转变温度时，铱合金发生脆性断裂。此外，从式 (9) 可以看出，晶粒尺寸越小，延脆
转变温度越低，即减小铱合金晶粒尺寸有助于提高其室温延性。文献 [5] 中报道，在 Ir-0.3W 合金中添加
微量 Th 和 Al 可减小晶粒尺寸，从而提高铱合金的室温延性，这与式 (9) 是一致的。

3 结 论

基于大电流加热方式建立了小尺寸铱合金板状试样高温动态拉伸实验技术，并对铱合金进行了室
温、600、900 和 1 100 ℃ 下的动态拉伸实验，获得了铱合金在不同温度下的强度等力学特性，结合宏微观
断面形貌表征对铱合金在高应变率下温度相关的变形机理进行了阐明，得到了如下结论。
(1) 解决了片状试样与波导杆之间有效连接、试样高温实现与温度保持、高温试样与波导杆冷接触
时间精准控制这 3 个关键技术，建立了小尺寸板状试样高温动态拉伸实验技术。其中机械预紧的连接
方式能确保应力波在片状试样与波导杆间的有效传递，大电流加热方式能实现铱合金试样高温与温度
保持，在入射杆中产生拉伸应力波的同时断开大电流加热能控制试样冷接触时间在 1 ms 内。
−1
3
(2) 10 s 应变率下，当温度从室温上升到 900 ℃ 时，铱合金拉伸强度下降了 12%，延性增加了 2 倍，
但当温度上升至 1 100 ℃ 时，铱合金拉伸强度下降了 43% 且延性增加了 7.3 倍。随着温度从室温上升到
1 100℃，铱合金表现出脆延转变特性。
(3) 随着温度的升高，铱合金由沿晶断裂主控的断裂模式转变为晶粒高温软化断裂主控的断裂模

式，晶界失效和晶粒高温软化屈服两者相互竞争决定了铱合金高温动态断裂行为。基于理论分析，建
立了铱合金应变率相关的延脆转变温度数学表达式，并指出减小晶粒尺寸可以提高铱合金的动态室温
延性。

参考文献：
[1] 艾园林, 白书欣, 朱利安, 等. 铱的合金化改性研究现状 [J]. 材料导报, 2018, 32(S1): 405–409.
AI Y L, BAI S X, ZHU L A, et al. Research status of alloying modification of iridium [J]. Materials Review, 2018, 32(S1):
405–409.
[2] 李增峰, 张晗亮, 汤慧萍, 等. 铱合金的高温氧化行为 [J]. 金属热处理, 2012, 37(10): 12–16. DOI: 10.13251/j.issn.0254-

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