【摘 要】
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科技水平的进步使得仪器设备对材料的要求越来越苛刻,因此材料向着多功能、多结构化的方向发展成为了必然趋势。镁合金作为21世纪的绿色工程材料,其质轻、高强的特性在各界领域受到了广泛关注,但其易蚀、塑性差的缺点严重制约了镁合金的应用范围,因此如果将加工变形能力以及耐蚀性好的铝合金与其进行轧制复合,制备出集二者优势于一体的复合板,这将会极大拓宽镁、铝合金的使用范围。本文主要针对复合板的制备以及其抗冲击性展
【基金项目】
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国家重点研发计划(2018YFA0707300); 国家自然科学基金青年项目(51804215);
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科技水平的进步使得仪器设备对材料的要求越来越苛刻,因此材料向着多功能、多结构化的方向发展成为了必然趋势。镁合金作为21世纪的绿色工程材料,其质轻、高强的特性在各界领域受到了广泛关注,但其易蚀、塑性差的缺点严重制约了镁合金的应用范围,因此如果将加工变形能力以及耐蚀性好的铝合金与其进行轧制复合,制备出集二者优势于一体的复合板,这将会极大拓宽镁、铝合金的使用范围。本文主要针对复合板的制备以及其抗冲击性展开相关研究。首先,为了获得直径为80mm、相应质量为21g的镁/铝波纹复合圆板,在不同压下量下对不同层厚比的镁、铝板进行轧制复合试验,成功制备了结合界面良好、板形优良的镁/铝波纹复合板,确定了制备镁/铝波纹复合板所需坯料的厚度以及合理的轧制工艺,并且使用相同的工艺制备了等厚度的平面镁/铝复合板。对两种复合板镁侧的微观形貌进行了表征。结果发现,在沿厚度方向上不同区域处,微观组织表现出不同的特征。其中对于平面复合板,在距镁板表面约0.35mm的范围内主要由细小的动态再结晶晶粒组成,其它区域由细小晶粒、孪晶和变形晶粒交错组成,另外在结合界面附近还发生了绝热剪切现象。对于波纹复合板,在结合界面附近与波峰对应的区域主要由变形晶粒组成,与波腰对应的区域主要由变形晶粒、孪晶和剪切带中的细小晶粒组成,与波谷对应的区域由纵横交错的孪晶片层组成。其次,使用轻气炮装置对制备的复合板以及等厚度的单层镁、铝板进行不同弹速下的冲击试验,研究对比了四种靶板的抗冲击性能、损伤模式以及吸能机制。结果表明,铝合金板的抗冲击性能最好,复合板的次之,镁合金板的最差。当冲击速度低于弹道极限速度时,波纹复合板的抗冲击性能优于平面复合板。复合板的损伤模式主要为局部塑性变形、结合界面分层、冲塞以及冲塞口处裂纹扩展。除界面分层外,单层镁、铝板的损伤模式与复合板基本相同。靶板的吸能机制主要为弹塑性变形耗能、裂纹萌生扩展耗能以及弹丸与靶板的摩擦耗能。最后,利用ABAQUS有限元软件建立了两种复合板在140m/s冲击速度下的仿真模型,具体分析了复合板在遭受半球形头弹冲击时的变形、损伤过程。从模拟结果得出,靶板主要经历了弹塑性变形、裂纹萌生和扩展、最终冲塞破坏三个阶段。在冲击过程中,平面复合板铝合金层的塑性变形表现出明显的不均匀性,而波纹复合板的塑性变形较为均匀。此外,靶板的冲塞机制不同。平面复合板铝合金层冲塞主要是由于压应力和拉应力作用导致,镁合金层主要是由于受到剪切作用发生冲塞。而波纹复合板铝合金层是在剪切作用下发生冲塞,镁合金层是在弯曲作用下发生冲塞。
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