ZrCuAlNiNb非晶合金的Taylor撞擊斷裂行為研究

孟元沛, 郭志平,2, 王傳婷, 何勇, 何源, 胡雪冰

(1.南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院, 江蘇 南京 210094; 2.西南技術(shù)工程研究所, 重慶 401331)

非晶合金是一種新型結(jié)構(gòu)材料，由于其長程無序結(jié)構(gòu)、在一定溫度范圍內(nèi)具有軟化的特性以及過冷液相區(qū)的存在[1-2]，使得其不存在類似晶體的位錯(cuò)等缺陷，并且其具有極高的強(qiáng)度、彈性極限、韌性、耐磨性和抗腐蝕性，由于具有的這些性能都不具有方向性，使得非晶合金成為二十一世紀(jì)最具前景的材料之一，受到國內(nèi)外科技界的高度重視。隨著其制備技術(shù)的逐漸成熟，非晶合金尺寸的不斷增大，促進(jìn)其研究方向越來越廣闊，Zr基非晶合金成為非晶合金中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，近年來學(xué)者們開展了很多Zr基非晶合金以及作為毀傷元的試驗(yàn)研究[3-10]，發(fā)現(xiàn)其沖擊釋能與化學(xué)反應(yīng)過程都與材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、失效斷裂及破碎行為密切相關(guān)。

國內(nèi)外學(xué)者，對(duì)Zr基非晶合金的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了進(jìn)行了大量的研究。針對(duì)靜態(tài)力學(xué)性能：中國科學(xué)院物理研究所[11]發(fā)現(xiàn)在室溫條件下Zr基非晶合金在壓縮狀態(tài)下具有良好的塑性；Xiao等[12]發(fā)現(xiàn)應(yīng)變速率增加，拉伸斷裂微觀形貌從傳統(tǒng)的脈狀花紋變?yōu)榫聘C狀花紋；房連祥等[13]對(duì)Zr47Cu46Al6Co1非晶合金的拉伸力學(xué)性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)一般非晶合金的脆性斷裂。針對(duì)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能：Liu等[14]通過小型分離式霍普金森壓桿研究Zr64.13Cu15.75Al10Ni10.12發(fā)現(xiàn)隨著應(yīng)變率的增加，屈服應(yīng)力下降；Xue等[15]研究Zr38Ti17Cu10.5Co12Be22.5非晶合金在室溫下寬應(yīng)變率的單軸壓縮行為，經(jīng)過準(zhǔn)靜態(tài)加載的試樣形成了成熟的剪切帶和顯著的塑性變形，斷裂表面相對(duì)光滑，并且顯示出發(fā)育良好且均勻分布的靜脈狀圖案和河狀圖案的混合物。

國內(nèi)外的研究學(xué)者在Zr基非晶合金的失效行為尤其是斷裂、破碎以及塑性變形行為上進(jìn)行了一些研究，比如Cline在進(jìn)行Zr基和Pd基非晶合金的Taylor撞擊試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)試件撞擊后會(huì)發(fā)生失效斷裂破碎[16-17]，王傳婷等[3,9]對(duì)Zr基非晶合金在各種沖擊速度下的動(dòng)態(tài)碎裂進(jìn)行了研究。隨著Willmott對(duì)Taylor撞擊試驗(yàn)的改進(jìn)，并成功對(duì)防彈玻璃這種脆性材料進(jìn)行研究[18]，Taylor撞擊試驗(yàn)越來越廣泛地應(yīng)用于測試材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。徐振和熊迅等[19-20]也對(duì)石英玻璃進(jìn)行了Taylor撞擊試驗(yàn)，至此雖然Taylor撞擊試驗(yàn)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于測試材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，但是針對(duì)Zr基非晶合金的Taylor撞擊斷裂失效行為的研究仍然很少。

因此本文主要選擇對(duì)ZrCuAlNiNb非晶合金高速撞擊下的失效斷裂行為進(jìn)行研究，并為了方便觀測撞擊失效行為，選擇其晶體合金做對(duì)比，利用Taylor撞擊試驗(yàn)，使用高速攝影對(duì)其撞擊失效破碎過程進(jìn)行拍攝記錄，采集得到材料的撞擊速度以及對(duì)材料的撞擊破碎過進(jìn)行記錄；對(duì)撞擊破碎的彈體進(jìn)行回收，再利用SEM對(duì)回收失效斷裂后的微觀形貌進(jìn)行分析，研究其在高速撞擊下的失效行為。

1 材料與試驗(yàn)方法

1.1 制備過程

試驗(yàn)所用ZrCuAlNiNb非晶合金是利用真空非自耗電弧熔煉爐進(jìn)行熔煉后銅模吸鑄而成，其制備流程為：將高純度合金原材料去除表面氧化層，按照原子百分比換算到質(zhì)量比進(jìn)行稱量，利用高純度酒精清洗干凈后放入到熔煉爐中，多次熔煉原材料將其混合均勻，最后吸鑄到純銅模具中獲得直徑為10 mm的ZrCuAlNiNb非晶合金棒料。而ZrCuAlNiNb非晶合金棒料經(jīng)過600℃的高溫退火4 h，晶化獲得ZrCuAlNiNb晶體合金棒料。

圖1 Zr58.5Cu15.6Al10.3Ni12.8Nb2.8非晶及晶體合金的XRD衍射圖譜

圖1為Zr58.5Cu15.6Al10.3Ni12.8Nb2.8非晶合金及其晶體合金通過X射線衍射分析得到的圖譜，其中橫軸為衍射的峰值(角度)，縱軸為衍射相對(duì)強(qiáng)度，代表著其強(qiáng)度的計(jì)數(shù)點(diǎn)的疊加。從圖1a)中可以看出整個(gè)圖譜沒有類似晶體合金的精細(xì)譜峰結(jié)構(gòu)，在2θ=38°附近有一個(gè)明顯的寬的漫散射峰，表現(xiàn)為典型的非晶結(jié)構(gòu)峰，證明所制備得到的Zr58.5Cu15.6Al10.3Ni12.8Nb2.8非晶合金棒料為完全非晶體結(jié)構(gòu)；從圖1b)中可以發(fā)現(xiàn)有多個(gè)精細(xì)的譜峰結(jié)構(gòu)，表明制備的Zr58.5Cu15.6Al10.3Ni12.8Nb2.8晶體合金材料為晶體結(jié)構(gòu)。

1.2 霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)

場地實(shí)物裝置布置以及試驗(yàn)示意圖如圖2和3所示，試驗(yàn)主要的裝置由氣槍、撞擊桿、透射桿、入射桿、合金墊塊、亞克力箱以及吸收裝置等組成。應(yīng)變片放置在入射桿和透射桿上的中間位置且沿徑向相對(duì)放置。為了保證壓桿不被屈服，非晶合金采用的試件的名義尺寸為Φ6 mm×3 mm的扁平試件，將試樣放于入射桿與透射桿之間，最后在試件與壓桿中間使用一對(duì)高硬度合金墊塊減小試件的應(yīng)力集中，用壓縮空氣的氣槍驅(qū)使子彈去撞擊入射桿，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生入射波[3]。入射波在入射桿中向前傳播，當(dāng)傳到試驗(yàn)樣品時(shí)，試樣就會(huì)被壓縮。同時(shí)，入射波一部分會(huì)以反射波的形式被反射回入射桿，而另一部分會(huì)穿過試樣以透射波的形式進(jìn)入透射桿。入射桿與透射桿上的應(yīng)變片將這些信號(hào)波記錄在數(shù)字示波器(即超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀)上。

圖2 SHPB試驗(yàn)裝置實(shí)物布局圖

圖3 SHPB試驗(yàn)示意圖

1.3 Taylor撞擊試驗(yàn)

圖4為Taylor撞擊試驗(yàn)布局示意圖，其試驗(yàn)平臺(tái)主要是基于SHPB試驗(yàn)平臺(tái)，其發(fā)射裝置為由壓縮氮?dú)怛?qū)動(dòng)的14.5 mm彈道槍，主要由鋼性靶板、彈體試件、高速攝像、高強(qiáng)度光源以及亞克力回收箱等組成。本試驗(yàn)采用的高速攝像為Phantom V2511，其攝像頻率為150 000 frame/s。本試驗(yàn)通過調(diào)整加載的壓縮氮?dú)鈿鈮菏箯楏w試件以不同的速度撞擊鋼性靶板。彈托和試件如圖5所示，試樣彈體選擇圓柱形，其名義尺寸為Φ10 mm×H30 mm。為了保證密封性在彈托上刻有4排閉氣槽，保證膛內(nèi)加速[4]。

圖4 Taylor撞擊試驗(yàn)布局圖

圖5 彈托和試件實(shí)物圖

當(dāng)試件高速撞擊剛性靶板，由于其脆性材料的特征，在空氣條件下與氧氣、氮?dú)獾冗M(jìn)行反應(yīng)，非晶材料高速撞擊破碎產(chǎn)生溫升，使部分材料達(dá)到化學(xué)反應(yīng)的臨界溫度，從而引發(fā)材料劇烈的燃燒現(xiàn)象，發(fā)出高亮度火光過度曝光，對(duì)高速攝像的記錄進(jìn)行干擾，并且由于試驗(yàn)情況的限制無法選擇真空環(huán)境，而且在亞克力箱中充入氬氣可有效避免反應(yīng)，滿足試驗(yàn)要求，所以選擇充滿氬氣來避免過度曝光[3,5]。圖6為ZrCuAlNiNb非晶合金及其晶體合金在空氣以及氬氣條件下撞擊鋼靶對(duì)比圖，可以明顯發(fā)現(xiàn)充入氬氣后，只有由于材料破碎溫升引發(fā)的微弱火光，而沒有化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的耀眼火光，說明氬氣環(huán)境對(duì)抑制化學(xué)反應(yīng)具有明顯的效果。

圖6 ZrCuAlNiNb非晶合金及其晶體合金在空氣以及氬氣條件下撞擊鋼靶對(duì)比圖

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 SHPB試驗(yàn)結(jié)果

由課題組郭志平等[21]的論文可以得到如圖7a)所示的ZrCuAlNiNb非晶合金在室溫條件下的動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)結(jié)果圖?？梢燥@著發(fā)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)載荷加載的情況下，試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線中幾乎沒有塑性變形階段，只表現(xiàn)出線彈性行為，只有在高應(yīng)變率下，表現(xiàn)出非線性行為，與陶瓷等脆性材料類似。主要原因是在該階段試件損傷的累積以及發(fā)展，隨著應(yīng)變?cè)黾?，?yīng)力增加幅度相對(duì)較小，ZrCuAlNiNb非晶合金未表現(xiàn)出顯著的屈服現(xiàn)象，達(dá)到斷裂應(yīng)力，ZrCuAlNiNb非晶合金就發(fā)生失效斷裂，因此材料的動(dòng)態(tài)斷裂應(yīng)力就是非晶合金的屈服應(yīng)力。圖7b)為ZrCuAlNiNb晶體合金在動(dòng)態(tài)壓縮不同應(yīng)變率條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線。可以發(fā)現(xiàn)晶體合金在動(dòng)態(tài)載荷作用下與非晶合金的結(jié)果類似，都表現(xiàn)出脆性材料的特性，不具有塑性，動(dòng)態(tài)壓縮下的斷裂應(yīng)力顯著比非晶合金下的高，而且隨著應(yīng)變率的增加，晶體合金材料的斷裂應(yīng)力逐漸增大，表現(xiàn)出正的應(yīng)變率敏感性。

圖7 動(dòng)態(tài)壓縮不同應(yīng)變率條件下ZrCuAlNiNb非晶及晶體合金應(yīng)力應(yīng)變曲線

2.2 Taylor撞擊過程及結(jié)果

ZrCuAlNiNb非晶合金以不同速度撞擊剛性靶板的結(jié)果如圖8所示。在低速撞擊條件下彈體前端形成2條與彈體軸線夾角約為45°的主剪切帶，隨著撞擊的繼續(xù)，彈頭部分均發(fā)生明顯碎裂。而且隨著撞擊速度增加到107.1 m/s，可以發(fā)現(xiàn)剛開始在彈體前端都先出現(xiàn)約為45°的主剪切帶，撞擊載荷的持續(xù)作用導(dǎo)致剪切擴(kuò)展沿著彈體持續(xù)發(fā)展，因此可以明顯發(fā)現(xiàn)彈體前端以及裂紋擴(kuò)展段都發(fā)生失效破碎，形成多個(gè)小碎片。當(dāng)以較高的速度撞擊靶板，都可以發(fā)現(xiàn)主剪切帶的形成，在主剪切帶完全擴(kuò)展完成前，多條次生剪切帶形成，而且沿著彈體方向傳播，導(dǎo)致彈體大部分破碎[22]。

圖8 ZrCuAlNiNb非晶合金以不同速度撞擊剛性靶板

圖9可以明顯觀察到ZrCuAlNiNb晶體合金裂紋的情況。在撞擊速度為81.8 m/s時(shí)，發(fā)現(xiàn)彈體類似塑性變形長度更大，導(dǎo)致試件的失效碎裂長度更長，在彈體失效斷裂之前，可以觀察到大量的裂紋產(chǎn)生，尤其是軸向裂紋，多條軸向裂紋沿著彈體擴(kuò)展，然后相互作用下，導(dǎo)致試件失效斷裂使試件形成大量碎片。撞擊速度為103.3 m/s時(shí)，整個(gè)試件均發(fā)生失效破碎，在圖上可以觀察到沿著整個(gè)試件的多條軸向裂紋，在軸向裂紋周圍拓展生成了多條徑向裂紋?？梢悦黠@發(fā)現(xiàn)速度越高，裂紋密度更大，裂紋尖端的作用更明顯，產(chǎn)生更多的裂紋，使得合金碎片的尺寸更小，數(shù)量更多。與ZrCuAlNiNb的非晶合金材料相比較可以發(fā)現(xiàn)，ZrCuAlNiNb晶體合金材料脆性特征更明顯，撞擊端面更易受到?jīng)_擊波與失效波作用，在撞擊端面形成大量的裂紋，產(chǎn)生更多軸向裂紋，帶來更多的徑向裂紋，裂紋數(shù)量更多，相互作用下碎裂程度更大，更加容易失效碎裂，因此在速度為100 m/s左右時(shí)ZrCuAlNiNb晶體合金已經(jīng)發(fā)生完全失效碎裂，沒有大塊的剩余試件殘留。

圖9 ZrCuAlNiNb晶體合金以不同速度撞擊剛性靶板

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 回收彈體質(zhì)量分析

所有ZrCuAlNiNb非晶材料和晶體材料以一定的速度撞擊靶板后均發(fā)生了失效破碎，對(duì)失效斷裂后的彈體材料進(jìn)行回收，回收的結(jié)果如圖10所示?？梢园l(fā)現(xiàn)彈體材料并不是完全發(fā)生破碎，對(duì)未發(fā)生破碎的剩余彈體質(zhì)量進(jìn)行回收，并且稱量獲得其彈體剩余質(zhì)量，得到彈體剩余質(zhì)量與彈體撞擊速度之間的關(guān)系，如圖11所示。根據(jù)結(jié)果可以明顯發(fā)現(xiàn)彈體撞擊速度越高，彈體碎裂程度越明顯，彈體剩余質(zhì)量越少，而且呈現(xiàn)一定程度的線性關(guān)系。兩者結(jié)合分析，可以發(fā)現(xiàn)ZrCuAlNiNb非晶合金在低速撞擊條件下彈體質(zhì)量減少得很少，最主要原因是彈體失效斷裂形成單一主剪切帶，彈體只被剪切下來一角，隨著撞擊速度的增加，彈體撞擊前端形成多條剪切帶，而且在主剪切帶上擴(kuò)展形成多條次生剪切帶，因此撞擊速度越高剩余質(zhì)量越少[7,23]。值得注意的是所有回收的失效斷裂后的剩余試件都是呈現(xiàn)垂直于撞擊方向的斷口，與壓縮試驗(yàn)相比結(jié)果有較大的差異，證明ZrCuAlNiNb非晶合金材料在Taylor撞擊試驗(yàn)條件下失效斷裂行為呈現(xiàn)較大的差異性。

圖10 Taylor撞擊試驗(yàn)后回收失效斷裂試件情況

圖11 試件剩余質(zhì)量與撞擊速度關(guān)系

ZrCuAlNiNb晶體合金材料撞擊后回收得到很多小碎片，試件破碎更嚴(yán)重，試件的動(dòng)能主要轉(zhuǎn)換為碎片的動(dòng)能以及能量耗散，以材料的破碎、沖擊熱、新碎片的表面能形式進(jìn)行消耗，隨著撞擊速度的增加，彈體塑性變形區(qū)域更大，試件失效破碎的長度越長，形成更多的軸向裂紋，相互作用下導(dǎo)致碎片尺寸逐漸減小。2種材料進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)在相同撞擊速度下，晶體合金材料失效破碎程度更明顯，未失效斷裂的試件質(zhì)量也更少而且碎片尺寸也更??；2種材料的失效斷裂模式有很大的區(qū)別。

3.2 斷口形貌分析

ZrCuAlNiNb非晶合金在Taylor撞擊條件下微觀斷裂形貌如圖12所示，圖12a)出現(xiàn)大量臺(tái)階狀和經(jīng)典河流狀花紋，是脆性材料在解理斷裂的主要特征，說明在低速撞擊時(shí)，其主要是發(fā)生脆性斷裂。在圖12b)左下方發(fā)現(xiàn)開始出現(xiàn)準(zhǔn)解理斷裂的形貌特征，并且其他位置有熔融，這說明在速度和應(yīng)變率變高的情況下，在不同部位產(chǎn)生解理裂紋核，擴(kuò)展成解理刻面，最后這一部分以塑性方式撕裂，其河流狀短而彎曲，支流少，解理面小，且周圍有較多的撕裂棱，由裂源向四周擴(kuò)散，不連續(xù)，局部擴(kuò)展。雖然仍然是脆性斷裂，但這種形貌常發(fā)生在脆性轉(zhuǎn)折溫度附近，表明隨著速度增加斷面溫度不斷升高。圖12c)中150 m/s的撞擊條件下出現(xiàn)了多重脊、脈狀花樣等斷口形貌，高速?zèng)_擊載荷下，各種形貌比低速下均更淺，白亮邊低矮，形貌演化不充分，由此推論，應(yīng)變率提高導(dǎo)致的載荷能量增大和ZrCuAlNiNb非晶合金承載時(shí)間縮短是造成斷口形貌發(fā)生變化的主要原因。圖12d)在150 m/s撞擊條件下回收的剩余失效斷裂試件的外圈可以明顯發(fā)現(xiàn)大量的類蜂窩狀的斷口形貌，這屬于韌性斷裂下典型的形貌特征，由于韌性斷裂是金屬材料在局部發(fā)生明顯的宏觀塑性變形后所形成的斷裂類型，所以這時(shí)在速度為150 m/s的撞擊下，認(rèn)為材料在失效斷裂過程中出現(xiàn)局域化的塑性流動(dòng)。主要是因?yàn)樵訄F(tuán)簇在自由體積或剪切轉(zhuǎn)變區(qū)附近的跳動(dòng)，而且撞擊速度增加導(dǎo)致非晶合金溫度升高，會(huì)促進(jìn)ZrCuAlNiNb非晶合金的內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，導(dǎo)致剪切帶的產(chǎn)生與擴(kuò)展，最后發(fā)生失效斷裂[3,24]。

圖12 ZrCuAlNiNb非晶合金在Taylor撞擊條件下微觀斷裂形貌

ZrCuAlNiNb晶體合金在Taylor撞擊條件下微觀斷裂形貌如圖13所示，可以發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)出粗糙凌亂的特征，試驗(yàn)結(jié)果都呈現(xiàn)脆性解理斷裂，但是斷裂面上的形貌有很大區(qū)別，主要是河流狀斷裂形貌，同裂紋的擴(kuò)展方向一致，原因是當(dāng)應(yīng)力增加到超過金屬的局部內(nèi)聚力時(shí)，引起原子間鍵合的斷裂，以解理的方式發(fā)生脆斷，解理時(shí)沿著材料內(nèi)部一系列晶面分離，形成大量臺(tái)階，而大量臺(tái)階的匯合就形成河流狀形貌，并且在試件斷裂表面出現(xiàn)明顯的熔滴，表明在動(dòng)態(tài)壓縮下釋放更多能量，造成斷面溫度升高[25]。

圖13 ZrCuAlNiNb晶體合金在Taylor撞擊條件下微觀斷裂形貌

3.3 Taylor撞擊過程失效行為分析

針對(duì)ZrCuAlNiNb非晶合金以及晶體合金這類脆性材料撞擊剛性靶板可以明顯發(fā)現(xiàn)原來的理論分析方法不再適用，宏觀上沒有發(fā)現(xiàn)明顯的塑性變形，彈性變形后彈體迅速發(fā)生失效斷裂。根據(jù)彈體回收的斷裂面可以發(fā)現(xiàn)，ZrCuAlNiNb非晶合金撞擊剛性靶板是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，ZrCuAlNiNb非晶合金材料撞擊靶板受到復(fù)雜的三維應(yīng)力作用，而且與材料自身的特性非常相關(guān)?；厥盏臄嗔衙孀钔鈧?cè)可以發(fā)現(xiàn)明顯的徑向拉伸斷裂帶來的凹坑狀斷裂形貌，形成的主要原因是試件撞擊靶板產(chǎn)生壓縮波沿著試件沿軸向傳播，考慮試件三維應(yīng)力狀態(tài)下，在圓柱試件側(cè)面發(fā)生散射，反射形成的卸載波與壓縮波相遇，形成了徑向拉應(yīng)力，導(dǎo)致側(cè)向表面的破碎飛散。

ZrCuAlNiNb非晶合金撞擊剛性靶板整體表現(xiàn)出脆性材料特性，但是ZrCuAlNiNb非晶合金在高速撞擊下韌窩狀形貌的出現(xiàn)證明材料局部的塑性變形，主要是因?yàn)樵訄F(tuán)簇在自由體積或剪切轉(zhuǎn)變區(qū)附近的跳動(dòng)，而且撞擊速度的增加導(dǎo)致材料溫度的升高，會(huì)促進(jìn)ZrCuAlNiNb非晶合金的內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，導(dǎo)致剪切帶的產(chǎn)生與擴(kuò)展，最后發(fā)生失效斷裂[3,23-24]。

ZrCuAlNiNb晶體合金撞擊剛性靶板，基本無塑性變形，撞擊端面受到?jīng)_擊波與失效波作用，形成大量的裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展釋放能量。在晶體合金內(nèi)部存在大量的金屬間化合物，因此存在大量缺陷。在撞擊外部載荷的作用下，內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，裂紋主要是沿著軸向擴(kuò)展，來釋放應(yīng)力，裂紋尖端出現(xiàn)分叉沿著徑向傳播，在多條裂紋的綜合作用下，材料發(fā)生失效斷裂[25]。

4 結(jié) 論

本文對(duì)ZrCuAlNiNb非晶合金與晶體合金進(jìn)行了不同速度撞擊下的Taylor撞擊試驗(yàn)研究，為了抑制材料失效破碎與空氣進(jìn)行反應(yīng)，試驗(yàn)在充有氬氣的條件下進(jìn)行，利用高分辨率高速攝影對(duì)材料的失效斷裂過程進(jìn)行記錄，并對(duì)失效斷裂后的試件進(jìn)行回收，利用掃描電鏡對(duì)其微觀形貌進(jìn)行觀察，對(duì)材料在高速撞擊下的失效斷裂行為進(jìn)行記錄，主要的結(jié)論有：

1) ZrCuAlNiNb非晶合金在速度較低的時(shí)候，彈體的失效斷裂主要是在撞擊端面產(chǎn)生一條主剪切帶，隨著撞擊速度的增加，主剪切帶的數(shù)量增加，在主剪切帶完全擴(kuò)展完成前，多條次生剪切帶形成，而且沿著彈體方向傳播，導(dǎo)致彈體前端破碎。

2) ZrCuAlNiNb晶體合金彈體頭部都先發(fā)生類似塑性變形的結(jié)果，主要的原因是試件撞擊端產(chǎn)生很多沿加載方向的軸向裂紋，失效斷裂后的材料沿著徑向飛散，因此在高速攝像圖上能看見類似塑性變形的結(jié)果。軸向裂紋沿著未失效斷裂的方向傳播，裂紋尖端出現(xiàn)分叉，在多條裂紋的相互作用下，彈體頭部發(fā)生碎裂，剩下的未變形彈體頭部產(chǎn)生的新斷裂面，是由于表面微裂紋在沖擊波作用下失穩(wěn)擴(kuò)展產(chǎn)生的失效波造成的。

3) ZrCuAlNiNb非晶合金的斷裂形貌，由于速度較低時(shí)出現(xiàn)的脆性材料解理斷裂下的經(jīng)典河流狀花紋，高速撞擊下出現(xiàn)的準(zhǔn)解理斷裂的河流狀花紋以及邊緣產(chǎn)生的大量延性斷裂下的凹坑-韌窩狀形貌，造成的主要原因是試件撞擊靶板產(chǎn)生壓縮波沿著試件沿軸向傳播，考慮試件三維應(yīng)力狀態(tài)下，在圓柱試件側(cè)面發(fā)生散射，反射形成的卸載波與壓縮波相遇，形成了徑向拉應(yīng)力，導(dǎo)致材料沿側(cè)向表面的破碎飛散。

4) ZrCuAlNiNb晶體合金的斷裂形貌呈現(xiàn)河流狀的解理斷裂形貌，主要的原因是加載速率更大。而且可以看見明顯的熔融態(tài)物質(zhì)，說明在斷裂時(shí)其斷面溫度比其非晶合金上升得更高。