应变速率对藕状多孔镁垂直于气孔方向压缩变形-中国有色金属学报.PDF

第 26 卷第 12 期 中国有色金属学报 2016 年 12 月 Volume 26 Number 12 The Chinese Journal of Nonferrous Metals December 2016 文章编号：1004-0609(2016)-12-2488-11 应变速率对藕状多孔镁垂直于气孔方向 压缩变形行为与力学性能的影响 刘新华，晏玉平，谢建新 (北京科技大学 新材料技术研究院，北京 100083) 摘 要：利用定向凝固法制备藕状多孔镁，采用 GLEEBLE−1500 型材料模拟实验机和分离式霍普金森压杆(SHPB) −3~1650 s−1 的应变速率范围内沿垂直于气孔方向进行压缩实验，研究应变速率对藕状多孔镁压 装置，在以 1×10 缩变形行为和力学性能的影响。结果表明：当垂直于气孔方向压缩时，藕状多孔镁的应力−应变曲线分为应力线 性增加的弹性阶段、应力缓慢增加的平台阶段和应力急剧增加的密实化阶段，应力随应变的增加持续增大，无应 力峰值的出现。而当垂直于气孔方向压缩时，应变速率对藕状多孔镁的变形行为影响显著，在应变速率ε60 s−1 条件下，主要变形方式为气孔先发生椭圆化变形，然后部分气孔的孔壁率先向气孔内发生弯月形塌陷并形成垂直 于压缩方向的先变形带，随后变形带不断产生，从而逐步实现密实化；而较高应变速率( ε=450~1650 s−1)下的变 形方式虽然气孔也是先后发生椭圆化、孔壁向气孔内的弯曲塌陷等变形并形成先变形带，但先变形带沿试样对角 线方向率先形成，并随压缩进行不断向与对角线垂直的方向扩展。应变速率对藕状多孔镁的力学性能有较明显的 影响，其影响机制主要是由于不同应变速率时气孔的变形方式发生了变化。 关键词：藕状多孔镁；应变速率；变形行为；力学性能；变形机制 中图分类号：TG146 ；TG115 文献标志码：A 多孔金属是一类新型的工程材料，与致密金属相 受到高度重视，开发出了泡沫镁等多孔镁材料[10−13] 。 比，具有密度低、恒定压缩应力下的变形大、表面积 研究结果表明[13] ，泡沫镁具有较长的应力平台和优良 大、渗透性好等特殊性能，被广泛应用于轻质结构部 的能量吸收性能。但由于泡沫镁不规则的孔隙结构特 件、热交换器、过滤器、吸声元件以及生物工程材料 点，压缩时应力集中比较严重，力学性能较低。藕状 等领域[1−3] 。其中，低密度和独特的压缩应力响应特性， 多孔镁的孔隙结构具有取向分布的特点，这种规则结 使多孔金属可作为理想的能量吸收和安全防护材料广 构的多孔金属在压缩时的变形行为和力学性能如何是 泛用于交通工具、航空航天、军事装备等高技术领域。 值得研究的重要问题。 藕状多孔金属是近年发展起来的一种新型多孔金 另一方面，在用作轻质结构和能量吸收部件时， 属[4] ，与泡沫金属相比，其孔隙结构不是圆球形或多 多孔金属往往不只是发生静态变形，也常发生动态变 边形气孔随机分布于金属基体中，而是圆柱形气孔沿 形。把握多孔金属材料在较大应变速率范围载荷作用 同一方向规则分布于金属基体中，这一结构特点使其 下的力学特性可为吸能结构和安全防护元件的材料选 具有在沿气孔轴向加载时不存在明显的应力集中、较 择和结构设计提供重要参考，因而受到研究人员高度 高的拉伸和压缩强度以及较高应力平台等优异的力学 关注，并在此方面进行了大量的研究工作[14−18] 。在前 特性，因此，藕状多孔金属成为近年来多孔材料研究 期研究中，本文作者研究发现，藕状多孔镁在压缩方 [5−9] 的热点 。