超高应变率压痕试验中的异常塔博尔因子（Abnormal Tabor Factor）

《ACTA MATERIALIA》：Abnormal Tabor Factor in Ultra-High Strain Rate Indentation Testing

　　

Hyein Na | Christopher A. Schuh

摘要

在使用压痕试验评估材料的机械性能时，通常会引入一个约束因子，也称为Tabor因子，该因子用于关联材料的硬度和屈服强度。在传统的测试条件下，这一因子通常保持近似恒定，其值约为3（即材料的硬度是其单轴强度的3倍）。通过重新分析最近的冲击压痕试验数据，我们首次发现：在应变速率为10^6–10^7/s时，Tabor因子的值会显著增加。我们利用有限元建模以及多种塑性模型模拟了氧化铝颗粒撞击铜基底的过程。传统的塑性模型得出的Tabor因子接近3；而基于声子拖曳机制的硬化模型则能够再现这种异常现象，使得铜材料的Tabor因子高达6。这种效应源于极快的硬化速率，这种硬化可能是由位错拖曳等机制引起的。这种快速硬化改变了塑性应变场的分布，使塑性应变扩散到更大的区域，从而重塑了压痕坑的形态。在最高应变速率下的实验中观察到的硬度上升，实际上反映了材料强度的真实提升，同时也伴随着Tabor因子的增加。