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1、第25卷第5期航空材料学报Vo.l25,No.52005年10月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSOctober2005高速冲击载荷下MgLi合金的动态裂纹扩展行为1,222122沙桂英,徐永波,韩恩厚,于涛,刘路,高国忠(1.沈阳航空工业学院材料工程系,沈阳110034;2.中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室,沈阳110016)摘要:利用Hopkinson压杆实验装置对二种单相MgLi合金的三点弯曲试样进行了冲击实验,分析了不同结构MgLi合金的动态裂纹扩展特性及其微观断裂机制。结果表明:在高
2、速冲击条件下,单相MgLi合金的裂纹扩展主要是减速过程,且随Li含量增加,由于合金组织结构的转变(hcpbcc),加之合金中Al的添加而沉淀的MgLi2Al与AlLi粒子的作用,致使MgLi合金的裂纹扩展速度显著降低。其中,Mg33Li合金的最大裂纹扩展速度达125337m/s,而Mg14Li合金的最大裂纹扩展速度为93556m/s。此外,在高速冲击条件下,Mg33Li合金产生沿晶脆性断裂,而Mg14Li合金主要为延性断裂。关键词:MgLi合金;加载速率;裂纹扩展速度;断裂机制中图分类号:O346.2文献标识码:A文章编号:
3、10055053(2005)05005004镁锂合金具有与工程塑料可比拟的密度,是迄料的开发与应用及其失效分析提供依据。今为止发现的最轻的合金。此外,该合金还有无毒、1实验原理与实验材料易回收等特点,在航空、航天领域受到广泛关注。美国研制的LA141合金已应用于SaturnV火箭的计1.1实验原理简介算机、电器仪表的框架和外壳、防宇宙尘壁板等。更利用三点弯曲试样的裂纹尺寸a(t)、载荷P(t)值得注意的是,在Mg中添加的Li含量增加到与加载点位移D(t)之间的关系和一维应力波理论,57%时,密排六方(hcp)基体相(Mg)中出现体心可由
4、Hopkinson压杆技术得到的加载应力波确定试立方(bcc)结构的相,当Li含量大于11%时,点样的动态裂纹扩展速度:[1~5]阵全部转变为bcc结构。研究表明,hcpbccV(t)=a(t)(1)1的结构转变使MgLi合金的塑性明显提高,变形加m+12P(t)Wa(t)=W-m(2)工性能大大改善,并随Li含量的增加改善程度增KD(t)加,直至在一定条件下表现出超塑行为。目前,MgP(t)=EA[i(t)+r(t)](3)[6]Li合金在我国的研究仍处于起步阶段,主要是在t常规力学性能及其合金化的影响、阻尼性能以及晶D(t)=c0!0[i(!)-
5、r(!)]d!(4)[7~9]粒细化等方面开展了一些研究。然而,现代军PWDlog2=logK+mlog(5)事工业中构件的服役特点是高温、高压、高应变率,b0W尤其是航空、航天领域,材料的高温及动态承载能力式中:m,K为动态实验常数,可利用钝缺口深裂纹是极其重要的。为此,本研究利用改进的Hopkinson(a0/W∀05)试样进行冲击断裂实验,测得试样的压杆实验装置对密排六方和体心立方结构MgLi合载荷―位移曲线,然后在屈服载荷Pe与最大载荷金的三点弯曲试样进行了高速冲击实验,分析了单Pmax之间取若干点按式(5)进行拟合处理而得到;W相MgLi合金的
6、动态裂纹扩展速度特性,并探讨了为试样宽度;i(t),r(t)分别是冲击杆上应变片记它们的微观断裂机制,旨在为航空、航天轻质结构材录的入射波和反射波;E,A分别是冲击杆的弹性模量和横截面积;c0为弹性波速,取值为5189m/s,具收稿日期:20041206;修订日期:20050315体方法详见文献[10]。基金项目:国家自然科学基金(No.50371089),航空科学基1.2实验材料及方法金(04G54009)作者简介:沙桂英(1963),女,教授,博士,(Email)gysha实验材料为hcp结构和bcc结构的单相MgLi@imr.ac.cn。
7、合金,使用25kg真空熔炼炉,在氩气保护下冶炼、浇第5期高速冲击载荷下MgLi合金的动态裂纹扩展行为51注,并进行固溶热处理(350#∃1h水冷),Mg33Li采用钝缺口(a0/W∀05)三点弯曲试样进行高合金为hcp结构,化学成分(w%t)为:Li330,其余速冲击实验,通过对实验数据的处理、拟合,得到的为Mg;Mg14Li合金为bcc结构,化学成分(w%t)为拟合曲线见图1,相应的动态实验常数见表1,其中Li1386,Al10,其余为Mg。采用三点弯曲试样在R为相关系数。改进的Hopkinson压杆上进行高速冲击实验,先用2.2动态裂纹扩
8、展速度特性线切割机开缺口,然后预制疲劳
