江苏省会计从业资格考试机考模拟题库试题(含答案101-15.pdf

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1、 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/AZ31镁合金热加工工艺对动态力学响应的影响Effects of Heat Processing Procedures on DynamicBehavior of AZ31 Magnesium Alloy王 琳,秦巧云,徐岸菘,谭成文(北京理工大学 材料科学与工程学院,100081北京)WANG Lin,QIN Qiao2yun,XU An2song,TAN Chen2wen(School of Material Sci

2、ences&Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)摘要:采用不同轧制退火工艺处理AZ31变形镁合金,采用分离式Hopkinson压杆测试了不同微观组织镁合金的动态力学性能,研究了组织结构与材料动态力学响应之间的关系,探讨了应变率效应。研究发现,分别经过5%,30%第三道次轧制以及250,350 退火处理的镁合金晶粒尺寸差异较大。在应变率范围为112103214103/s范围内,具有不同晶粒尺度的AZ31镁合金表现出各异的应变率强化效应。根据动态应力2应变曲线拟合了与动态屈服强度和动态抗压强度相对应的应变

3、率硬化指数(m)和应变率效应因子(Rs)。发现晶粒尺寸不同的镁合金具有各异的应变率强化效应。m和Rs具有较强的相关性,30%轧制量的镁合金m和Rs均大于5%轧制量,250 退火态的Rs最大,轧制未退火态次之,350 退火态最小。关键词:AZ31镁合金;高应变率;轧制退火工艺;晶粒尺度中图分类号:TG146122 文献标识码:A 文章编号:100124381(2009)Suppl120219204Abstract:AZ31 magnesium alloy sheets are treated through different rolling and annealing proce2dures.

4、Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)is applied to carry out dynamic compression tests on thecylinder samples and the relationships between microstructures and dynamic behaviors of AZ31 alloyare investigated.The experimental results show that varying grain sizes can be obtain through 5%or30%third rolli

5、ng deformation amount plus 250or 350annealing.In the strain rates range of 1121032214103/s,AZ31 magnesium alloys exhibit different strain rate hardening effects due to differ2ent grain sizes.According to dynamic stress2strain curves,strain rate hardening exponent m and strainrate effect indexRs are

6、calculated.The values of m andRs of AZ31 alloy through 30%rolling deform2ation and 250annealing treatment have highest values.Key words:AZ31 magnesium alloy;high strain rate;rolling and annealing;grain size 镁合金在用作车辆、飞行器等应用于冲击、碰撞环境的结构件时,除了掌握其静态力学性能外,由于冲击涉及到超过103/s的应变率服役环境,其动态力学行为也开始引起研究人员的日益关注。镁合金作为应

7、变率敏感材料,已有研究表明具有正或负的应变率效应1-4。在制备应用于碰撞环境的镁合金材料时,热加工工艺在发挥材料性能优势方面发挥了重要作用。对于AZ31变形镁合金,目前国内外对其轧制退火工艺及静态力学行为与组织结构的关系已研究很多5-7,高应变率下动态力学行为也开展了一些8,但对于轧制退火热加工工艺、组织结构与动态力学行为之间的量化关系的研究开展得还很少。而这方面的研究将为镁合金更为广泛的应用提供理论和试验基础。衡量材料在高应变率下的动态力学行为可以用应变率硬化、应变硬化和热软化的耦合效应来表示。在动态应力2应变曲线的上升阶段,两种硬化效应大于热软化效应,在曲线到达最高点后,热软化效应开始超过

8、硬化效应,材料逐渐丧失承载能力直至断裂。因此在确定应变情况下,应变率效应的差异将在很大程度上决定材料动态力学行为的不同。材料的应变率效应与材料的微观组织结构如晶粒尺寸有很强的对应关系,这方面开展的AZ31镁合金研究目前还较少。本工作采用不同轧制退火工艺处理AZ31变形镁合金以获得较大差异的晶粒尺度,采用分离式Hop2kinson压杆(SHPB)研究镁合金在高应变率加载条件(103/s)下的动态力学行为,进而探讨具有不同晶粒尺度的镁合金的应变率效应。912AZ31镁合金热加工工艺对动态力学响应的影响 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publ

9、ishing House.All rights reserved.http:/1 实验方法 实验材料选用AZ31轧制镁合金,轧制工艺如下:开轧温度400,保温时间3h。终轧温度400,每一道次保温时间均为20min。试验中进行三道次轧制,前两道次的轧制量均为10%,第三道次的轧制量为5%和30%。其中前两道次轧制速度为015m/s,最后道次为1127m/s。将轧制后的镁合金进行退火,退火温度分别为250,350,保温1h,空冷至室温。高应变率下的动态力学性能试验采用SHPB杆,压杆直径为 1415mm。对轧制及退火后的镁合金截取试样,截取方向为板厚方向。动态压缩试样尺寸为8916mm。制备标准

10、金相试样,腐蚀剂为1mL硝酸+20mL醋酸+60mL乙二醇+19mL水。采用O2lympus金相显微镜观察微观组织结构,采用直线截距法(Heyn法)测量材料平均晶粒尺寸。2 实验结果与分析211 轧制退火热加工工艺对晶粒尺寸的影响AZ31镁合金的晶粒尺寸变化如表1所示,不同的轧制退火热加工后,微观组织差别明显(图1)。沿板厚方向的镁合金轧制后没有看到滑移线痕迹和孪晶,这跟薄板轧制后的微观组织有很大差别。5%轧制压下量的晶粒尺寸较大,为26m,随着轧制量增大到30%,晶粒细化,但不均匀,平均晶粒尺度为16m。250 退火后,两种轧制量的镁合金晶粒均发生细化,说明该温度为再结晶退火温度。提高退火温

11、度到350,5%轧制压下量材料晶粒开始长大,某些晶界不清晰,30%轧制压下量材料中,整体晶粒长大明显,但部分区域还来不及长大,晶粒长大不均匀。两种轧制量材料中均出现孪晶。表1 轧制和退火后AZ31镁合金晶粒尺寸(m)Table 1Grain sizes of AZ31 magnesium alloy afterrolling and annealing(m)3rd rolling amount5%30%Rolling2614+250annealing2310+350annealing3016212 不同热加工态AZ31镁合金的动态力学性能 图2为各种热加工状态镁合金在3,4和5atm打击压力条

12、件下(应变率在112103214103/s范图1 板厚方向组织结构照片(a)5%轧制;(b)5%轧制+250 退火态;(c)5%轧制+350 退火态;(d)30%轧制;(e)30%轧制+250 退火态;(f)30%轧制+350 退火态Fig11Microstructures of AZ31 alloy after rolling and annealing(a)5%rolling;(b)5%rolling+250annealing;(c)5%rolling+350annealing;(d)30%rolling;(e)30%rolling+250annealing;(f)30%rolling+3

13、50annealing022 材料工程/2009年增刊1 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/围)的动态压缩应力2应变曲线,气压的加大即意味着应变率的提高。随着打击气压或应变率的增大,抗压强度都逐渐升高,最大差值约为100MPa,即材料呈现应变率强化现象,最大应变也增大,这是大部分金属共同的特点。从图中看不到明显的屈服平台,按照012来计算,可以看出随着应变率的增大,动态屈服强度也随之增加。经250 退火材料的抗压强度最大,超过500MPa。经350 退火处

14、理的材料的抗压强度最小。在5atm压力加载下,材料的最大抗压强度在450MPa和500MPa之间。镁合金断裂时的应变较低,说明材料在动态加载条件下,很早就发生了断裂,镁合金的塑性较差。图2 不同轧制退火加工态AZ31镁合金的动态压缩应力2应变曲线(a)5%轧制;(b)30%轧制;(c)5%轧制+250 退火;(d)30%轧制+250 退火Fig12Dynamic compression stress2strain curves of AZ31 magnesium alloywith different rolling and annealing treatments(a)5%rolling;(

15、b)30%rolling;(c)5%rolling+250annealing;(d)30%rolling+250annealing213应变率效应计算结果 根据Perzyna9提出的屈服强度与应变率的关系式(1):yd=s1+(?r)m(1)式中s和yd分别为准静态和动态屈服强度;m为应变率硬化指数,在确定应变量条件下,表明材料的屈服强度从准静态加载到动态加载的变化程度;r为材料粘性参数。在试验条件下,m和r近似为常数。将上式变形为:ln(yds-1)=m(ln?-lnr)(2)因此,可以通过同种材料在不同的高应变率条件下的应力2应变曲线,得到动态屈服强度,通过拟合,得到该材料的m和r的值。m

16、值的计算结果如表2所示。另外,动态抗压强度是金属材料在高应变率下的力学行为响应的另一个关键指标,人们往往采用公式(3)通过抗压强度来计算应变率效应因子Rs,计算结果如表2所示。122AZ31镁合金热加工工艺对动态力学响应的影响 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/Rs=d-qq(3)其中:d,q分别表示动态和准静态流变应力或动态抗压强度。表2 应变率硬化指数(m)与应变率效应因子(Rs)的计算结果Table 2Calculation results ofma

17、ndRsRollingAnnealingmRs5%0.7380.4930%0.7710.595%2500.8210.6030%2501.0860.675%3500.3230.3930%3500.5500.50 从表2可以看出,30%轧制量镁合金的应变率硬化指数m和应变率敏感性效应因子Rs均大于5%轧制量。30%轧制后在再结晶温度250 退火的材料m和Rs最大,分别为11086和0167;而在较高温度350 退火态的镁合金的m与相同轧制量的相比分别最小。应变率硬化指数或效应因子越大,表明材料对应变率越敏感,强化效应越显著,由此也进一步说明了AZ31镁合金是应变率强化材料。250退火态所表现出的敏

18、感性效应最强,与250 为动态再结晶退火温度、晶粒相对均匀细小、内部缺陷较少有关。在一定的应变率?范围内时,随着m和Rs值的增加,材料的ys,yd增加幅度较大,可以用m和Rs值来判断材料在动态加载条件下材料动态屈服强度、动态抗压强度的变化。3 结论(1)AZ31镁合金采用三道次轧制加退火工艺处理,随着轧制压下量的增加(5%,30%),晶粒尺寸减小。250退火后的轧制态材料的晶粒尺寸最小,350 退火后晶粒尺寸大于同一轧制态未退火材料。(2)通过SHPB动态压缩试验发现,随着应变率的提高,材料的抗压强度提高。30%轧制加250 退火后材料的抗压强度与屈服强度达到最大。(3)计算得到应变率硬化指数

19、m和应变率效应因子Rs,不同晶粒尺度的镁合金呈现各异应变率强化效应。经过30%轧制后250 退火的镁合金的m和Rs最大。参考文献1FROES F H,ELIEZER D.The Science,technology and applica2tion of magnesiumJ.Journal of Mine Metals and Mater Socie2ty,1998,5(9):30-34.2ENLEY E F.Principles of magnesium technologyM.Heading2ton Hill Hall,Oxford:Pergamon Press Ltd,1996.3 丁

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22、:69-74.9PERZYNA P.Fundamental problems in visco2plasticityJ.Ad2vances in Applied Mechanics,1968,9:313-377.收稿日期:2008210219;修订日期:2009201215作者简介:王琳(1971),女,工学博士,副教授,主要从事结构材料在高应变率下行为研究以及纳米材料方面研究工作,联系地址:北京理工大学材料科学与工程学院(100081),E2mail:lindawang_bit (上接第218页)6INEM B,POLLARD G.Interface structure and fracto

23、graphy of amagnesium2alloy,metal2matrix composite reinforced with SiC par2ticles J.Journal of Materials Science,1993,28(16):4427-4434.7LIN R Y.Interface evolution in aluminum matrix composites dur2ing fabrication J.Key Engineering Materials,1995,104:507-522.收稿日期:2008210215;修订日期:2009202220作者简介:肖代红(1971),男,博士,副研究员,主要从事轻合金及其复合材料研究,联系地 址:中南 大学粉末冶金国家重点实验室(410083),E2mail:daihongx 222 材料工程/2009年增刊1