【摘 要】
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随着现代导弹技术和装甲武器的飞速发展,现有的破甲材料已经难以满足远程高效毁伤的战术需求,因此亟需开发新型含能结构材料。含能结构材料作为一种“结构-能量一体化”的新型材料,可以通过“破片倾彻”和“二次释能”达到对目标的高效毁伤。而现有的含能结构材料体系普遍存在力学强度不足的问题,无法满足结构件在生产加工过程中复杂的外力要求。高熵合金打破了传统的合金设计理念并展现出优异的性能优势,在含能结构材料毁伤领
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随着现代导弹技术和装甲武器的飞速发展,现有的破甲材料已经难以满足远程高效毁伤的战术需求,因此亟需开发新型含能结构材料。含能结构材料作为一种“结构-能量一体化”的新型材料,可以通过“破片倾彻”和“二次释能”达到对目标的高效毁伤。而现有的含能结构材料体系普遍存在力学强度不足的问题,无法满足结构件在生产加工过程中复杂的外力要求。高熵合金打破了传统的合金设计理念并展现出优异的性能优势,在含能结构材料毁伤领域具有极大的应用潜力。因此,本文主要研究开发兼具高毁伤特性和力学强度的高熵合金含能结构材料。本文通过非自耗真空电弧炉设计并制备了Ni25Ti36Zr39、NixTi24Zr12Nb10Ta12Mo5W5、NixTi22Zr11Nb9Ta11Mo9W11三个高熵合金含能结构材料合金体系;并采用XRD、SEM、EPMA等方法表征分析了合金的微观组织及断口形貌;采用万能试验机和分离式霍普金森压杆研究了Nix W5系高熵合金在不同应变率下的力学性能;拟合了Nix W5系高熵合金动态本构方程;从宏观层面对高熵合金含能结构材料进行了服役条件预测。得到结果如下:（1）采用伪二元法设计的Ni25Ti36Zr39高活性合金晶体结构由FCC+Unknown相组成。虽然合金燃烧焓值较高,但室温压缩下呈脆性,抗压强度不足1200 MPa。（2）随着Ni元素含量的增加,NixTi22Zr11Nb9Ta11Mo9W11合金晶体结构由BCC1+BCC2+Ni10Zr7+Unknown向BCC1+BCC2+FCC+Ni10Zr7+Unknown转变。Ni27W11高熵合金具有优异的强塑性匹配,其压缩屈服强度为1229 MPa,抗压强度高达2400MPa,延伸率为20.6%。合金硬度随Ni元素含量的增加先升高后降低,Ni15W11合金硬度达到最大值613 HV。Nix W11系高熵合金压缩断口均有解理台阶形成的河流状花样,断裂模式为解理断裂。其中Ni30W11高熵合金断口有少量韧窝存在,断裂模式为准解理断裂。（3）随着Ni元素含量的增加,NixTi24Zr12Nb10Ta12Mo5W5合金晶体结构由BCC1+BCC2+Ni10Zr7+Unknown向BCC1+BCC2+FCC+Ni10Zr7+Unknown转变。Ni20W5高熵合金拥有最高的1653 MPa压缩屈服强度。Ni32W5高熵合金展示出最优的强塑性匹配,其压缩屈服强度为987 MPa,抗压强度为2645 MPa,延伸率接近30%。维氏硬度值也先升高后降低,Ni20W5高熵合金维氏硬度达到最大值592 HV。除Ni35W5高熵合金外压缩断口均有解理台阶形成的河流状花样,出现少量的微裂纹和第二相颗粒,断裂模式为解理断裂。其中Ni32W5高熵合金断裂模式为准解理断裂,Ni35W5高熵合金为韧性断裂。（4）在冲击载荷的作用下,室温铸态Nix W5系高熵合金的强度与准静态相比均下降。随着添加组元Ni元素含量的增加,Ni5W5、Ni10W5、Ni15W5、Ni25W5等合金的延伸率提高,Ni20W5、Ni32W5、Ni35W5等合金的延伸率下降。Ni5W5、Ni10W5、Ni15W5、Ni20W5、Ni25W5等合金动态断裂模式均为解理断裂,Ni20W5、Ni25W5合金动态断口处出现了裂纹和熔化痕迹,展现出良好的释能效果。Ni32W5、Ni35W5合金断口处出现了裂纹和熔化痕迹,断裂模式为准解理断裂。在冲击载荷的作用下,合金的弹性模量和损伤变量成反比。Ni20W5高熵合金综合了高燃烧焓值、高密度、高硬度等优点具有成为高熵合金含能结构材料的潜力。
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