应变速率对藕状多孔镁平行于气孔方向压缩变形.pdf

第 26 卷第 4 期 中国有色金属学报 2016 年 4 月 Volume 26 Number 4 The Chinese Journal of Nonferrous Metals April 2016 文章编号：1004-0609(2016)-04-0747-11 应变速率对藕状多孔镁平行于气孔方向 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：采用定向凝固法制备藕状多孔镁，采用 GLEEBLE−1500 材料模拟实验机和直撞式霍普金森压杆(SHPB) -3~1650 s−1 的应变速率范围内，沿平行于气孔方向进行压缩变形实验，研究应变速率对藕状多孔 实验设备，在 10 镁压缩变形行为和力学性能的影响及影响机理。结果表明：藕状多孔镁沿平行于气孔方向的压缩变形过程主要包 含线弹性变形阶段、局部坍塌变形阶段、低应力平台变形阶段和密实化阶段 4 个阶段，其中平台变形阶段较宽(应 变在 0.2~0.7 之间) 。平行于气孔方向压缩时，应变速率对藕状多孔镁的变形行为影响显著，在应变速率 −1 ε ＜60 s 条件下变形时，主要以孔壁首先发生局部剪切断裂，然后孔壁向孔隙内塌陷的方式变形，而在较高应变速率 −1 ε=450~1650 s 条件下变形时，主要以孔壁首先发生整体偏转，然后产生弯曲折断的方式变形；应变速率对藕状 多孔镁的坍塌应力和平台应力有较明显的影响，其影响机制主要是由于不同应变速率时孔壁的变形方式发生变 化，而受冲击波效应的影响不明显。 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，具有密度低、 多孔金属往往不只是发生静态变形，也常发生动态变 压缩应力平台较宽、表面积大、渗透性好等特殊性 形。把握多孔金属材料在较大应变速率范围载荷作用 能[1−3] 。特别是低密度和独特的压缩应力响应特性，使 下的力学特性可为吸能结构和安全防护元件的材料选 多孔金属可作为轻量化、能量吸收和安全防护材料广 择和结构设计提供重要参考，因而受到研究人员高度 泛用于交通工具、航空航天、军事装备等高技术领域。 关注，在此方面开展了大量的研究工作[14−18] 。在前期 藕状多孔金属是一种具有圆柱形气孔取向分布于金属 研究中，本课题组研究发现藕状多孔铜在准静态压缩 基体之中类似莲藕状特殊结构的新型多孔材料[4] ，这 变形时没有表现出明显的应变速率敏感性，但在应变 一结构特点使其具有与气孔随机分布的泡沫金属不同 速率较高时应变速率效应明显[19−20] 。然而，纯镁是典 [5−9] 的性能，引起了广泛的研究兴趣 。 型的密排六方金属，塑性变形能力与面心立方结构的 镁具有密度低(1.74 g/cm3) 、比强度高、减震性能 纯铜存在明显差异，应变速率对藕状镁的变形行为是 好等优点，多孔镁材料可望兼具超轻和强吸能减震特 否产生明显影响需进一步研究。 性，在航空航天、汽车工业、高速交通等高技术领域 −3~1650 s−1 本文作者以藕状多孔镁为对象，在 10 具有重要应用前景。因此，高性能多孔镁的制备研究