高导无氧铜在大变形、不同温度和不同应变率下的流动应力和本构模型

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第3期爆炸与冲击VoI_25．NO．32005年5月EXPLOSIONANDSHOCKWAVESMay．2005文章编号：1001—1455(2005)03—0244—07高导无氧铜在大变形、不同温度和不同应变率下的流动应力和本构模型。郭伟国(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：为了理解高导无氧铜(OFHCCu)的塑性流动行为，采用Instron液压试验机和分离式Hopkinson压杆．系统地对OFHCCu进行了温度为77～1000K，应变率为0．001～7000s_。，以及真实应变超过8O的单轴压缩试验。结果

2、表明：在0．001s-1应变率下，OFHCCu在约500K呈现动态应变时效现象。随应变率增高．动态应变时效温度区域向更高温度移动．甚至动态应变时效现象消失。在高应变变形区域．相对温度来说，OFHCCu塑性流动应力对应变率依赖更强。基于位错运动学和动力学概念，考虑位错在高温和高应变率的粘一曳阻力现象．结合试验结果，导出一个基于物理概念的本构模型。此模型可预测从低到高不同应变率不同温度下OFHCCu的塑性流动应力。通过比较表明．本构模型预测结果与试验结果吻合较好。关键词：固体力学；本构模型；单轴压缩；OFHCCu；塑性流动应力；应变率；温度中图分类号：0345国标学科代码：130·1

3、520文献标志码：Al引言用于爆炸成型药罩的OFHCCu在其设计和动态模拟中，最重要的是其高应变率性能和本构预测方程。近年来，对OFHCCu的应变硬化、微观层次结构的演化、晶界和晶胞的影响、机械孪晶等性能的研究引起了广泛关注瞳]，同时提出了许多关于OFHCCu的本构模型。其中，Johnson—Cook半经验模型对OFHCCu得到成功应用引。另外提出了许多基于物理概念的本构模型[。。但这些模型大多侧重高应变率区域或适应的范围有限。在本文中，首先系统地对OFHCCu的塑性流动应力进行试验。通过试验结果分析，借鉴S．Nemat-Nasser等对FCC多晶体材料所建本构预测模型的思想，基

4、于位错运动学和动力学概念，并考虑位错在高温和高应变率的粘一曳阻力现象，发展适合OFHCCu材料在较大应变率范围内的本构预测模型。最后给出试验结果和本构模型预测结果。2材料和试验1．1材料和试样试验材料是纯度为99．998的多晶体OFHCCu，将直径为8mm的OFHCCu线型材料机械加工成名义直径为5mm，高度为5mm的试样。为了消除由机械加工带来的残余应力并使材料微观晶粒分布均匀，所有试样在600℃真空炉中退火4h。其最终晶粒尺寸为120m。1．2低、高应变率试验应变率为0．001S-1和0．1S-1的试验是在Instron液压伺服试验机上进行的。对温度为77K试验，直接把试样和

5、夹具放在液氮槽中。高温试验在高强石英灯炉中，采用热电偶丝直接测量试样温度并保持温度在±2℃误差内。试样的变形是通过试验机的LVDT(线性可变差接传感器)来获得的。在试验前，首先对试验机的LVDT标定，消除机器的变形刚度，并通过标准的引伸计测试结果进行精确修·收稿日期：2004—05—21；修回日期：2005—01—26基金项目：航空科学基金项目(02B53008)作者简介：郭伟国(196O一)，男．副教授。维普资讯http://www.cqvip.com第3期郭伟国：高导无氧铜在大变形、不同温度和不同应变率下的流动应力和本构模型245正。可恢复Hopkinson压杆系统3主要用于

6、进行应变率超过100s-1的试验。该系统可以控制应变率和应变，并可进行高达900℃的高温试验。同时它可以消除跟在拉伸波后的第二个压缩入射波，避免试样受到多次冲击压缩。在做高温试验时，入射杆和透射杆远离试样，仅对试样加温。由于没有附加的第二次冲击压缩，该系统同样可以进行在高应变率和不同温度下的等温试验。图1是典型的试验结果，为了突出温度和流动应力的关系，给出的是流动应力和温度的关系曲线。、．、r，，Kr，，K图1不同应变翠和不同应变F，OFHCCu的流动应力与温度的关系Fig．1Flowstressasflfunctionoftemperaturefordifferentstrai

7、nratesanddifferentstrains面心立方晶体材料的塑性流动主要是通过刃型位错的滑移。其刃型位错的启动要比体心立方晶体螺型位错的启动容易，但体心立方金属螺型位错移动一旦被启动，滑移较容易，所以体心立方金属具有较高的屈服应力和较低的应变硬化特性。而面心立方金属的这种位错易滑移性导致其具有高应变硬化特性。这种特性随温度升高而变弱。所以在图1中低温段可以清楚看出，在几乎相同的温度下，随应变的增加，流动应力剧烈增加。在图1(c)和图1(d)中，由于高应变率下塑性变形产生的