【摘要】：為了深入了解鎂合金絕熱剪切帶與裂紋的關系,進而揭示鎂合金在高速沖擊載荷作用下局部變形絕熱剪切的組織演變規(guī)律,采用分離式Hopkinson壓桿對AZ31鎂合金的帽狀式樣進行沖擊壓縮實驗,而后利用光學顯微鏡,掃描電鏡和維氏硬度計分別對沖擊后的AZ31試樣進行分析。結(jié)果表明,絕熱剪切帶形成于最大剪應力方向,隨著沖擊載荷的不斷增加,沿著切應力方向上的微孔洞和微裂紋不斷長大,直至彼此相互連接成裂紋,最終導致材料的斷裂。經(jīng)對剪切帶及周圍組織維氏硬度的測量發(fā)現(xiàn),剪切帶內(nèi)細小晶粒區(qū)的硬度明顯高于周圍組織。
【圖文】：

試樣尺寸Fig.1Samplesize圖2測試系統(tǒng)示意圖Fig.2Testingsystem入射桿會對試樣施加一定載荷，在試樣的重疊處形成最大的剪應力區(qū)。這一方面放大了沖擊載荷產(chǎn)生局部剪應力變形的能力，同時也能夠比較容易地在試樣最大的剪應力區(qū)域中捕捉到絕熱剪切帶。采用分離式Hopkinson壓桿在高溫150℃條件下對試樣進行壓縮。將實驗后的試樣沿軸線切開，經(jīng)過研磨、拋光和腐蝕后在光學顯微鏡和掃描電鏡下觀察金相組織變化情況。對于產(chǎn)生絕熱剪切帶的試樣進行顯微硬度測試。2結(jié)果與討論2.1帽狀試樣中絕熱剪切帶的顯微組織分析圖3為帽狀試樣在150℃條件下經(jīng)過沖擊后的金相照片。通過照片可以清晰看到，在沿著與沖擊方向成45°的切應力方向上形成了明顯的變形帶，這與最大切應力的方向一致，且在變形帶的兩側(cè)發(fā)現(xiàn)了大量幾乎平行分布的孿晶。由此可以推斷，在沖擊載荷的作用下，AZ31鎂合金發(fā)生了明顯的變形局部化現(xiàn)象。圖4a為絕熱剪切帶在放大200倍下的金相照片，圖4b和4c分別為圖4a和圖4b中方框內(nèi)放大500倍和1000倍的金相照片。通過在高倍顯微鏡下的觀察，可看到剪切帶內(nèi)晶粒度與周圍組織的晶粒度產(chǎn)生了鮮明的對比，可以發(fā)現(xiàn)帶內(nèi)晶粒較帶外晶粒明顯細小，圖3在剪切區(qū)域發(fā)現(xiàn)的絕熱剪切帶Fig.3Adiabaticshearbanddiscoveredintheclippingregion圖4絕熱剪切帶在金相顯微鏡下的組織Fig.4Metallographicstructureofadiabaticshearband剪切帶內(nèi)產(chǎn)生了大量孿晶，剪切帶是由大量孿晶帶切割形成的細小晶粒。通過測量，剪切帶帶寬約為15μm，晶粒尺寸為1μm左右。在近年國內(nèi)外對絕熱剪切帶的研究中發(fā)現(xiàn)，材料的類型和組織雖然不同，實驗條件亦不相同，但大多數(shù)的絕熱剪切帶中心的微觀組織基本都有相同的特點，即帶中心的微觀組織都非常細小，這種?

第5期毛萍莉等：AZ31鎂合金中絕熱剪切帶的組織演變規(guī)律·1183·碎化程度逐漸減校2.2絕熱剪切帶內(nèi)微孔洞的的觀察圖5a，5b所示為剪切帶內(nèi)微孔洞的金相照片。在應變帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)了長條狀的孔洞，這些孔洞沿應變帶分布，間隔不定。對于微孔洞的研究表明，在應變率和溫度的相互作用下，絕熱剪切帶形成于材料中的薄弱環(huán)節(jié),材料的失效優(yōu)先在絕熱剪切帶內(nèi)部產(chǎn)生。因此，觀察發(fā)現(xiàn)微孔洞主要產(chǎn)生于剪切帶中心部位，可以說明材料的失效與微孔洞的存在有直接聯(lián)系。圖5c，5d，5e，5f所示為圖5a和5b剪切帶內(nèi)微孔洞的320倍，1700倍和5000倍的掃描電鏡照片。通過對照片的分析，可以得到，裂紋在絕熱剪切帶內(nèi)萌生，在應變率不斷升高時，裂紋隨之長大，直到貫穿整個剪切帶。絕熱剪切帶作為高應變率下的一種破壞形式，在汽車防撞性研究中有著重要的作用。在高速沖擊載荷作用下材料的的損傷有微孔洞，微裂紋和絕熱剪切帶幾種形態(tài)。在圖5c中可以清晰看到，在絕熱剪切帶內(nèi)存在微孔洞。一般來說，微孔洞都是在材料結(jié)構不均勻處產(chǎn)生的。在高速沖擊載荷的作用下，帽狀試樣在剪切區(qū)產(chǎn)生絕熱剪切帶之后，在切應力的分方向上的變形局部化會導致變形帶內(nèi)應力應變集中。當應力和溫度達到一定程度后，合金強度降低，周圍材料不均勻及不協(xié)調(diào)的變形導致了微孔洞和微裂紋的產(chǎn)生。如圖5e中所示，裂紋的拓展方向與周圍的孿晶界近似垂直時，剪切帶內(nèi)的裂紋穿過晶粒并終止于晶界處。這說明孿晶形成于裂紋產(chǎn)生之前，這種孿晶界具有止裂作用，因為當裂紋在擴展過程中遭遇到它們時要消耗額外的能量來穿過孿晶界或使其彎曲，而無力繼續(xù)擴展。而裂紋經(jīng)過平行于裂紋擴展方向的孿晶時，只需要較小的能量就可繼續(xù)擴展，這樣的孿晶可能成為裂紋擴展的通道。隨著沖擊載荷的不斷增

【參考文獻】

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1 譚成文,王富恥,李樹奎;絕熱剪切變形局部化研究進展及發(fā)展趨勢[J];兵器材料科學與工程;2003年05期

2 吳秀玲;譚成文;;沖擊載荷作用下AZ31鎂合金中的變形局域化[J];稀有金屬材料與工程;2008年06期

3 紀偉;范亞夫;陳捷;喬光利;;Mg-Gd-Y系合金中絕熱剪切帶的特征[J];稀有金屬材料與工程;2009年04期

4 劉正;史文方;李繼卿;毛萍莉;;鎂、鋁合金及塑料輕量化競爭與挑戰(zhàn)[J];中國金屬通報;2009年39期

5 楊揚,程信林;絕熱剪切的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];中國有色金屬學報;2002年03期

【共引文獻】

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3 王勇;董恩龍;張起生;蘇春霞;;中碳Ni-Cr-Mo鋼中絕熱剪切帶的形成及其特征[J];兵器材料科學與工程;2010年03期

4 林藝生;傅學金;楊月誠;;30CrMnSiA絕熱剪切帶顯微觀察與分析[J];兵器材料科學與工程;2010年06期

5 蘇鐵健,王富恥,李樹奎,王魯;合金鋼的熱導率計算[J];北京理工大學學報;2005年01期

6 程煥武;李樹奎;滕軍;楊道明;李曉曼;楊杰;;空冷貝氏體鋼破片中絕熱剪切帶的微觀形貌特征[J];北京理工大學學報;2008年02期

7 李忠盛;吳護林;陳韻如;易同斌;李立;潘復生;;內(nèi)爆炸載荷作用下7A55鋁合金的動態(tài)性能及斷裂行為[J];爆炸與沖擊;2012年02期

8 范亞夫;紀偉;陳捷;喬光利;;擠壓態(tài)Mg-Gd-Y系合金中的絕熱剪切帶[J];材料導報;2008年07期

9 毛萍莉;劉正;王長義;王峰;;鎂合金高速沖擊載荷下的變形行為研究進展[J];材料導報;2012年07期

10 蘇鐵健,高書娟,李樹奎,王富恥,張朝暉;幾種不同硬度和熱導率的鋼中的絕熱剪切帶特征[J];材料工程;2004年07期

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2 尤振平;葉文君;惠松驍;于洋;王希哲;張翥;;TB10鈦合金的動態(tài)力學性能及絕熱剪切分析[A];中國有色金屬學會第十二屆材料科學與合金加工學術年會論文集[C];2007年

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9 侯清宇;Mg-Gd-Y合金的塑性變形特征研究[D];南京理工大學;2012年

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7 安宇龍;T2/QBe_2爆炸復合界面結(jié)合層內(nèi)形變特征的研究[D];中南大學;2004年

8 熊俊;爆炸復合界面內(nèi)非（納米）晶及ASB內(nèi)組織形成機制[D];中南大學;2004年

9 朱向群;高應變率下材料亞結(jié)構特征及其變化規(guī)律的研究[D];江蘇大學;2005年

10 常志宇;鎢合金基體材料動態(tài)性能及絕熱剪切局部化分析[D];西南交通大學;2005年

【二級參考文獻】

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1 徐天平 ,王禮立 ,盧維嫻;高應變率下鈦合金Ti-6Al-4V的熱-粘塑性特性和絕熱剪切變形[J];爆炸與沖擊;1987年01期

2 包合勝 ,王禮立 ,盧維嫻;鈦合金在低溫下的高速變形特性和絕熱剪切[J];爆炸與沖擊;1989年02期

3 譚成文,王富恥,李樹奎,王魯;內(nèi)爆炸加載條件下圓筒的膨脹、破裂規(guī)律研究[J];爆炸與沖擊;2003年04期

4 楊揚，張新明，李正華，李青云;α－Ti－低碳鋼爆炸復合結(jié)合層的組織[J];材料研究學報;1995年02期

5 楊揚，張新明，李正華，李青云;高應變率下α—Ti的一種特殊超塑變形行為[J];材料研究學報;1995年04期

6 才鴻年;譚成文;王富恥;陳志勇;;裝甲用鎂合金抗彈性能表征體系探討[J];中國工程科學;2006年02期

7 楊卓越，趙家萍;金屬材料中絕熱剪切帶微觀結(jié)構綜述[J];華北工學院學報;1995年04期

8 魏志剛,李永池,李劍榮,胡時勝;沖擊載荷作用下鎢合金材料絕熱剪切帶形成機理[J];金屬學報;2000年12期

【相似文獻】

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2 王芬;;AZ31鎂合金表面親水薄膜的制備與腐蝕性能研究[J];熱加工工藝;2013年14期

3 張華,林三寶,吳林,馮吉才,寧金星;AZ31鎂合金攪拌摩擦焊接頭斷裂機制[J];材料工程;2005年01期

4 管仁國;趙占勇;陳禮清;王付興;;AZ31鎂合金型材連續(xù)流變擠壓成形過程的數(shù)值模擬[J];中國有色金屬學報;2010年05期

5 張華,林三寶,吳林,馮吉才;AZ31鎂合金攪拌摩擦焊接頭焊核區(qū)域成型過程及影響因素[J];航空材料學報;2004年02期

6 柏立敬;張治民;戚元霞;;AZ31變形鎂合金及其擠壓工藝的研究現(xiàn)狀[J];有色金屬加工;2007年05期

7 孫建春;蘭偉;張丁非;陳登明;;AZ31鎂合金環(huán)境友好陽極氧化處理研究[J];材料導報;2011年02期

8 劉筱;李落星;何鳳億;周佳;朱必武;張立強;;采用元胞自動機結(jié)合Laasraoui-Jonas位錯密度模型模擬AZ31鎂合金的動態(tài)再結(jié)晶行為(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年09期

9 王智文;李德富;馬志新;張治民;;AZ31鎂合金變形與強韌化研究[J];熱加工工藝;2006年06期

10 胡基貴;李落星;莫建虎;李光耀;鐘志華;;AZ31鎂合金熱擠壓變形過程溫度變化與控制[J];礦冶工程;2007年04期

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1 王兆松;李劍鋒;張禮;董闖;李國卿;;AZ31鎂合金表面復合鍍膜工藝研究[A];TFC'07全國薄膜技術學術研討會論文摘要集[C];2007年

2 陳君;宋影偉;單大勇;韓恩厚;;AZ31鎂合金表面原位生長水滑石膜的腐蝕行為研究[A];中國腐蝕電化學及測試方法專業(yè)委員會2012學術年會論文集[C];2012年

3 李凌杰;雷驚雷;張勝濤;田鈺靖;朱偉;;AZ31鎂合金鈰轉(zhuǎn)化膜的形貌、結(jié)構、組成及性能[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（下集）[C];2005年

4 崔中雨;肖葵;董超芳;丁源;李曉剛;;AZ31鎂合金在西沙海洋大氣環(huán)境下形成的銹層及其保護性研究[A];中國腐蝕電化學及測試方法專業(yè)委員會2012學術年會論文集[C];2012年

5 殷珊;孫揚善;薛烽;強立峰;;AZ31鎂合金電鍍鎳工藝研究[A];2009年全國電子電鍍及表面處理學術交流會論文集[C];2009年

6 方靜;蔣斌;;AZ31鎂合金鑄錠加熱過程中的溫度場模擬[A];2007高技術新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會暨《材料導報》編委會年會論文集[C];2007年

7 邸洪雙;李永林;寧忠良;劉相華;王國棟;;雙輥鑄軋法動態(tài)亞快速凝固制備AZ31鎂合金薄帶[A];2004年中國材料研討會論文摘要集[C];2004年

8 劉宇;劉天模;肖盼;;AZ31鎂合金冷壓縮變形再結(jié)晶的研究[A];2007高技術新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會暨《材料導報》編委會年會論文集[C];2007年

9 葉新羽;蔡舒;竇瑛;黃凱;任萌果;王雪欣;;AZ31鎂合金表面玻璃陶瓷涂層的親水性和生物相容性[A];第十七屆全國高技術陶瓷學術年會摘要集[C];2012年

10 劉會云;孫明仁;唐光澤;馬欣新;;AZ31鎂合金植酸轉(zhuǎn)化膜結(jié)構與耐蝕性能研究[A];高性能防腐蝕涂裝及表面保護技術的應用與發(fā)展——第16屆全國表面保護技術交流會論文集[C];2011年

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4 李朋;鋁離子注入AZ31鎂合金的腐蝕磨損研究[D];大連理工大學;2006年

5 劉歡;AZ31鎂合金表面水熱合成羥基磷灰石膜層的研究[D];太原理工大學;2013年

6 袁兵;表面處理AZ31鎂合金與45鋼連接腐蝕的研究[D];西安理工大學;2006年

7 劉宇;AZ31鎂合金變通道角擠壓變形時組織性能與工藝的研究[D];重慶大學;2008年

8 王智文;AZ31鎂合金變形細晶再變形強化研究[D];中北大學;2005年

9 徐西亮;AZ31鎂合金在鋁鋅合金中鑄熔表面合金化的研究[D];吉林大學;2012年

10 李琳俊楠;AZ31鎂合金型材振動特性及數(shù)值模擬研究[D];重慶大學;2013年

本文編號：2801747