5A06鋁合金的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系實(shí)驗(yàn)

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1、第29卷第3期爆炸與沖擊Vol.29,No.32009年5月EXPLOSIONANDSHOCKWAVESMay,2009文章編號(hào):1001-1455(2009)03-0306-06＊5A06鋁合金的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系實(shí)驗(yàn)林木森,龐寶君,張偉,遲潤(rùn)強(qiáng)(哈爾濱工業(yè)大學(xué)高速撞擊研究中心,黑龍江哈爾濱150001)摘要:運(yùn)用材料試驗(yàn)機(jī)和分離式霍普金森壓桿裝置(SHPB)對(duì)3種不同加工及熱處理狀態(tài)的5A06鋁合-43-1金在常溫～500°C、應(yīng)變率為10～10s下的力學(xué)行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究?；贘ohnson-Cook(JC)本構(gòu)模型,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到了每種狀態(tài)下材料的本構(gòu)模型參量。對(duì)Johnson-Coo

2、k本構(gòu)模型中的應(yīng)變率強(qiáng)化項(xiàng)作了修正,修正后的Johnson-Cook本構(gòu)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合,從而確立了3種狀態(tài)下5A06鋁合金的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系。關(guān)鍵詞:固體力學(xué);動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系;霍普金森壓桿;5A06鋁合金;Johnson-Cook本構(gòu)模型中圖分類號(hào):O347.4國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼:130·15文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A1引言5A06鋁合金是一種國(guó)產(chǎn)的延性合金材料,具有抗腐蝕、易于成形加工、可焊性及低溫性能良好、不可熱處理強(qiáng)化等特點(diǎn),在航空航天、交通運(yùn)輸、船舶和汽車制造、海洋工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。5A06鋁合金構(gòu)件在復(fù)雜工作環(huán)境中可能會(huì)受到各種動(dòng)態(tài)載荷的作用,掌握它的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能十分重要。國(guó)外對(duì)[1-3]鋁鎂合金

3、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究工作開(kāi)展得較早,但這些成果只能對(duì)國(guó)產(chǎn)5A06鋁合金的研究提供定[4-5][6][7]性參考;國(guó)內(nèi)對(duì)5A06鋁合金的研究較多集中在超塑性、焊接性能和抗腐蝕等方面,對(duì)其動(dòng)態(tài)力[8]學(xué)性能的研究報(bào)道不多。王禮立等利用自制霍普金森桿對(duì)LF6R(5A06-H112)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行[9]了研究,結(jié)果表明LF6R為應(yīng)變率不敏感材料;管公順等開(kāi)展了單層5A06鋁合金板高速撞擊實(shí)驗(yàn)研[10]究;吳大方等對(duì)5A06鋁合金在瞬態(tài)熱沖擊條件下的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。上述研究表明,對(duì)5A06鋁合金在較寬溫度和應(yīng)變率范圍的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系研究較少。在實(shí)際工程應(yīng)用中,會(huì)對(duì)材料進(jìn)行不同的加工及熱處理,掌握加

4、工及熱處理狀態(tài)對(duì)5A06鋁合金動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響也十分重要。目前,國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中還未見(jiàn)對(duì)5A06鋁合金Johnson-Cook本構(gòu)模型參量的公開(kāi)報(bào)道。本文中運(yùn)用材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)3種不同加工及熱處理狀態(tài)的5A06鋁合金進(jìn)行靜態(tài)壓縮性能測(cè)試(常溫～500°C),得到他們?cè)跍?zhǔn)靜態(tài)載荷下的應(yīng)力應(yīng)變曲線,利用SHPB對(duì)其動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究,分析加工及熱處理狀態(tài)對(duì)其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響,擬合得到相應(yīng)的Johnson-cook本構(gòu)模型參量,通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比對(duì)Johnson-Cook本構(gòu)模型進(jìn)行修正。25A06鋁合金力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)所用的5A06鋁合金由東北輕合金公司提供。材料的具體化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:Mg(5

5、.8%～6.8%),Mn(0.5%～0.8%),Ti(0.02%～0.10%),Be(0.0001%～0.005%),其余為Al。選取直接經(jīng)過(guò)熱擠壓成形的5A06-H112狀態(tài)、5A06-O狀態(tài)(5A06-H112狀態(tài)在370～390°C退火2h)和經(jīng)過(guò)冷拔處理的5A06-C狀態(tài)(5A06-H112狀態(tài)棒料經(jīng)過(guò)截面積減少13%左右冷拔處理,定義為5A06-C)進(jìn)行研究。＊收稿日期:2008-01-28;修回日期:2008-08-05基金項(xiàng)目:國(guó)家空間碎片專題研究基金項(xiàng)目(kjsp06211)作者簡(jiǎn)介:林木森(1979—　),男,博士研究生。萬(wàn)試屋–材料測(cè)試論文分享小站blog.163.com/

6、test_house第3期林木森等:5A06鋁合金的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系實(shí)驗(yàn)3072.1靜態(tài)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析運(yùn)用Instron5569材料試驗(yàn)機(jī)和Instron5500R熱模擬試驗(yàn)機(jī)開(kāi)展了3種不同加工及熱處理狀態(tài)的5A06鋁合金準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn),得到了準(zhǔn)靜態(tài)條件下材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及其隨溫度的變化規(guī)律。試件-4-1尺寸為10mm×20mm,長(zhǎng)徑比為2;壓縮應(yīng)變率為5×10s;壓縮溫度分別為常溫、200、400和500°C;高溫壓縮試件在被加熱到預(yù)定溫度后保溫2min開(kāi)始實(shí)驗(yàn),試件兩端面涂有石墨,以減小摩擦對(duì)所受應(yīng)力狀態(tài)的影響。3種狀態(tài)5A06鋁合金在準(zhǔn)靜態(tài)常溫壓縮下的真應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1(a)所示,圖中曲

7、線表明,經(jīng)過(guò)冷拔加工的5A06-C鋁合金屈服應(yīng)力為235.4MPa,比5A06-H112鋁合金的屈服應(yīng)力(218.3MPa)提高了7.8%,提高幅度并不明顯;經(jīng)過(guò)退火的5A06-O鋁合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線在5A06-H112鋁合金和5A06-C鋁合金的曲線之下,屈服應(yīng)力為168.4MPa,比5A06-H112鋁合金的屈服應(yīng)力下降了22.9%。3種狀態(tài)5A06鋁合金在準(zhǔn)靜態(tài)高溫壓縮下的溫度-屈服應(yīng)力關(guān)系