Page 27 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 叶想平，等： 辐照-预应力和冲击耦合作用下金属硬化和脆化规律与微观机理实验研究进展 第 10 期

同位素，其后续会不间断衰变产生 γ 射线辐射，因此，中子辐照金属通常需要在专业热室/屏蔽室中采用
机械臂对样品进行简单平移操作，且实验后回收样品和可能产生的放射性粉尘均需进行专业后处理等）
之间的兼容难度大，以及含 γ 射线放射性样品的使用和存储等均需要专业涉核资质等，导致中子辐照金
属动态力学性能实验研究的技术难度非常高 [29,33] 。落锤冲击实验设计巧妙，样品安装操作相对简单，也
是目前中子辐照金属在不高于 10 s 应变率范围内应用最广泛的实验技术之一，主要用于研究辐照金属
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的冲击断裂特性 [112] 。Fukuya 等 [112] 采用落锤冲击实验研究了 10 ～10 s 应变率范围内，中子辐照不锈
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钢断裂模式随加载应变率的变化规律，结果表明，加载应变率从 10 ～10 s 提高到 10 s 时，不锈钢断
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口出现混合断裂模式所需最低辐照剂量从约 60 dpa 下降到 22 dpa 以下，如图 14 所示，应变率效应显著
降低材料发生韧脆转变所需的辐照剂量 [112] 。然而，落锤冲击实验的应变率仍旧略低，无法覆盖爆炸、撞
击等瞬态冲击引起的较高应变率范围（10 ～10 s ）。
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Dimple Dimple

50 μm
2 dpa, −196 ℃ 11 dpa, 150 ℃ Dimple

Dimple Dimple
Mixed region Mixed region

20 μm

38 dpa, 30 ℃ 73 dpa, 150 ℃ Mixed region
Dimple

Intergranular (IG) IG

20 μm
11 dpa, −196 ℃ 73 dpa, −196 ℃ IG
图 14 中子辐照不锈钢的典型落锤冲击实验断口形貌特征 [112]
Fig. 14 Typical fracture surface of neutron-irradiated stainless steel in drop-weight impact tests [112]

霍普金森杆是研究 10 ～10 s 应变率范围内金属动力学性能的最常用实验技术，Albertini 等 [29] 基
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于霍普金森拉杆结合辐射防护热室技术，建立了中子辐照金属样品的动态拉伸实验平台，该技术通过机
械臂完成防护热室内中子辐照样品的安装等实验准备，成功解决了传统霍普金森拉杆与 γ 射线辐射防
护之间的兼容性问题，如图 15(a) [29] 所示。其进一步研究了中子辐照退火态 304L 不锈钢的室温动态拉
伸性能，相较于准静态拉伸加载，动态加载条件下，辐照前、后不锈钢的屈服强度分别提高了 27% 和
4%，均匀延伸率分别降低 25% 和 35%，辐照后材料的动态脆化更明显，表现出中子辐照和应变率耦合增
强硬化和脆化的特性，且对辐照脆化的耦合强化效应更明显，如图 15(b) [29] 所示，图中 30 dpa-20 ℃-385 s −1
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表示材料辐照剂量为 30 dpa，室温为 20 ℃，加载应变率为 385 s ，其他依此类推。
为尽可能降低中子辐照金属活化引起的 γ 射线对实验设备和人员的危害，叶想平等 [33] 以中子活化
率极低的高纯铝（＞99.999 5%）为研究对象，基于霍普金森拉杆技术研究了中子辐照高纯铝的动态力学
性能。结果表明，随着加载应变率的提高和辐照剂量的增大，高纯铝的屈服强度和极限拉伸强度不断提

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