不同应力状态下铝合金变形及损伤机理的研究

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1、不同应力状态下铝合金变形及损伤机理的研究

2、第1内容显示中1前言为了适应节能环保的要求，大量的铝合金成为交通工具的主要用材。交通工具的一个重要性能指标就是耐撞击性。铝合金汽车构件在撞击过程中，构件的应力状态各点均不相同，而且在撞击过程中各点的应力状态还随着时间变化而变化。因此，为了研究汽车铝合金构件在不同应力状态下变形及损伤机理，利用改装的Arcan夹具，在蝶形试样上进行0°,30°,45°,60°,90°的拉伸及拉伸卸载试验。大量研究表明:铝合金存在着两种宏观断裂模式:韧窝断裂模式与剪切断裂模式。从细观上来说，材料

3、的韧窝断裂由空穴形核、扩张和汇合造成;剪切断裂的细观机理则是材料内的细观剪切面的开裂和汇合。汤安民[po]通过研究LY12铝合金发现，在这种材料中，的确存在两种不同的断裂形式，即正拉断与剪断。本实验利用蝶形试样在改装的Arcan夹具上进行不同角度的拉伸试验，使得在蝶形试样中产生不同的应力状态，研究6063铝合金在几种不同的应力状态下的变形及损伤机理。2实验本实验所用的材料是轧制的Al-Mg-Si系的6063铝合金，供货状态为T6。材料中各元素百分含量如下:Mg:0.45~0.9;Si:0.2~0.6;Zn,Cr,T

4、i和Mn<0.1:Fe<0.35。拉伸卸载试样在观察之前进行磨制、电解抛光，然后用含2mlHF,3mlHCl,35mlHNO3，和190ml水的溶液进行腐蚀。在室温下，用所制取的蝶形试样在改装的Arcan夹具上利用SHIMADZUAG-10TA万能拉伸机进行拉伸及拉伸卸载试验，拉伸速度为1mm/min。改装的Arcan夹具试验原理图如图1所示:图1中的a是外加载荷的方向与图中标定线的方向的夹角。试验时，块1与块2做相对运动，从而使得蝶形试样达到所要求的受力状态。3结果及讨论3.1拉伸试验曲线分析不同角度

5、的拉伸试验曲线如图2所示。图2a是载荷-位移曲线。由图2a看出:随着加载角度的增加，载荷-位移曲线越来越低，弹性阶段的斜率越来越小，而断裂位移越来越大。图2b是试验的名义应力-应变曲线。从图2b可以看出:随着加载角度的增大，名义应力一应变曲线越来越低，弹性模量越来越小，断裂应变越来越大。图2c是加载的工程应力在90°方向上的分解的剪切应力一剪切应变曲线。从图2c可以看出:随着加载角度的增大，剪切应力一应变曲线逐渐升高，而且剪切断裂应变也逐渐增大。上述结果的原因都是因为随着加载角度的增大，在试样中的三轴应力度逐渐减小

6、所造成的。用ABAQUS计算不同角度加载时试样中三轴应力大小如图3所示。图3中的横坐标是蝶形试样两个缺口之间的距离。从图3看出，随着加载角度的增大，蝶形试样中心处的三轴应力度逐渐减小。90°加载时，属于纯剪状态。试样中心的三轴应力度等于0.1(纯剪切时，三轴应力度应该等于0)，因为试验很难达到纯剪状态。断裂应变与三轴应力之间的关系曲线如图4所示。从图4可以看出，随着三轴应力的减小，断裂应变呈指数增加。通过Origin软件的指数拟和得出了断裂应变与三轴应力度之间的关系式:不同加载角度的拉伸试验数据如表1所示。由表1可

7、以看出:随着加载角度的增加，三轴应力度、弹性模量、屈服应力、加工硬化系数KP和加工硬化指数np都是逐渐减小的;而断裂应变是逐渐增大的;塑性断裂功是先减小后增大，在45°加载时达到最小值，原因在下文结合45°拉伸断裂的断口进行分析。BIAO13.2金相观察把不同角度拉伸的蝶形试样，加载到规定的应变后卸载，不同角度下的拉伸卸载试样内部变形和损伤情况如图5所示。不同角度下拉伸断裂的断口如图6所示。