第1章 绪论
物质在一定温度和压力下,会产生物相转变,如三态变化,这就是所谓相变。相变是自然界中普遍存在的一种临界现象,属于固体物理学和材料科学的重要研究内容之一。相变能引起材料的力、电、磁、声、光等一系列物理、力学性质的显著变化,这对于工程材料的应用和开发,具有十分重要的意义。
固体材料在受到高速撞击、爆炸等强冲击载荷的作用时,可能会屈服甚至发生相转变。冲击下材料的相变特性对于材料的动态性质和结构物的动态响应有重大的影响,这一点可以粗略地从两方面来说明:其一,相变后的材料具有和初始材料不同的物理、力学性质,实质上已经成为一种新材料,如石墨一金刚石的相转变;其二,相变会强烈地改变介质中冲击波的波形,造成所谓的冲击波阵面的三波结构和卸载冲击波。图1-1示意地画出相变波形的构成,图中S1和S2是材料屈服引起的弹、塑性波阵面,S3是由于材料相变产生的相变波波阵面,加载阵面形成“三波结构”。R2则为卸载时由于相的逆转变产生的卸载冲击波(或称为稀疏冲击波)。显见,材料性质和应力波形的改变必然会影响材料和结构物对冲击载荷的响应和破坏特性。Shockey等(1975)和Bertholf等(1975)的实验和计算表明,钢靶在受到超高速碰撞时产生的层裂破坏受到靶材相变的强烈影响(详见第12章)。因此开展材料中冲击相变及其影响的研究是十分重要和必要的。
关于物相变化的观察可以追溯到史前,相变的科学研究则开始于19世纪下半叶。冶金学家利用金相显微技术对于钢铁热处理中的奥氏体、马氏体、珠光体等金相组织进行鉴定,初步掌握了钢铁相变的一些规律。矿物学家则发现了多种晶体的多形性(polymorphism)相转变。
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