【正文】 但是該系統(tǒng)測(cè)試的精度受到一些不利因素的干擾，影響測(cè)試結(jié)果的可信度。按照實(shí)際應(yīng)用方面對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的高精度要求，對(duì)傳統(tǒng)上人們所掌握的SHPB技術(shù)來(lái)研究一般性材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為的方法已經(jīng)不能夠很好的與實(shí)際要求相符合。圖24 SHPB實(shí)驗(yàn)裝置原理圖 SHPB實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)子彈撞擊入射桿時(shí)，在輸入桿中產(chǎn)生一入射波，試件在該脈沖下將產(chǎn)生高速變形，與此同時(shí)，有一個(gè)反射波返回輸入桿，另有一個(gè)透射波傳入輸出桿。隨著入射波床波通過(guò)試樣，試樣發(fā)生高速索性變形，并相應(yīng)的在輸出桿中傳播一透射彈性波，而在輸入桿中則反射一反射彈性波。超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的是一種具有自動(dòng)平衡功能的動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，其主要的工作原理就是能夠?qū)?yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)；Tektronix數(shù)字熒光示波器的主要功能是可以采集、控制、查看和導(dǎo)出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)；AL810工業(yè)調(diào)節(jié)器主要作用能夠精確的對(duì)電爐進(jìn)行控溫；測(cè)速儀的作用是測(cè)量子彈速度，工作時(shí)需要單獨(dú)電源(5V)，并同時(shí)要注意START和STOP接口的順序，避免實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確的讀出。壓桿測(cè)試系統(tǒng)：輸入桿、輸出桿、吸收桿和阻尼器構(gòu)成。 圖21分別為摩擦攪拌焊和TIG焊對(duì)AZ31鎂合金板材的焊接板材焊接完成后再用J07804型線切割機(jī)加工成Φ8*5的試樣如下圖22所示 圖22 為實(shí)驗(yàn)所需的試樣形狀分離式霍普金森壓桿(Split Hopkinson Pressure Bar)，即SHPB是被用來(lái)有效測(cè)試材料在高應(yīng)變速率下的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為的裝置，用SHPB來(lái)測(cè)試材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線的應(yīng)變速率范圍102104s1，而SHPB最主要的特點(diǎn)是能夠?qū)υ嚰M(jìn)行高應(yīng)變速率加載變形，在加載的瞬間使試件內(nèi)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力達(dá)到平衡狀態(tài)，同時(shí)也反映出試件的內(nèi)軸越來(lái)越接近于應(yīng)力梯度，因而可以把SHPB作為一種高應(yīng)變速率下的“準(zhǔn)靜態(tài)”實(shí)驗(yàn)裝置。焊前先用砂輪打平板材并除其表面油污，然后再用砂紙正反面打磨去除其表面氧化膜。因而研究鎂合金焊接接頭在高速?zèng)_擊載荷下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能對(duì)于鎂合金在汽車(chē)關(guān)鍵部件上的應(yīng)用有著非常重要的意義。對(duì)于密排六方金屬，由于它的對(duì)稱(chēng)性低、滑移系少，在晶體取向不利于滑移時(shí)，常以孿生方式進(jìn)行塑性變形。對(duì)于受動(dòng)載的密排六方金屬,其位錯(cuò)組織的研究較少。實(shí)驗(yàn)觀察表明，具有高層錯(cuò)能的面心立方金屬在受到動(dòng)態(tài)沖擊載荷時(shí)，易形成胞狀位錯(cuò)組織，并且位錯(cuò)胞壁遭到嚴(yán)重侵蝕。沖擊波參數(shù)主要是指沖擊壓力和壓力脈沖持續(xù)時(shí)間，材料性質(zhì)主要指層錯(cuò)能。當(dāng)應(yīng)變率更高時(shí)，位錯(cuò)來(lái)不及以熱激活機(jī)制克服短程障礙，熱激活就顯得越來(lái)越?jīng)]有效力，控制塑性變形速率的微觀位錯(cuò)機(jī)制就有可能由熱激活克服短程障礙轉(zhuǎn)變?yōu)檎硿曰七^(guò)程。 高應(yīng)變率引起材料性能的一系列變化，也必然引起微觀結(jié)構(gòu)的相應(yīng)變化。而且還有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)。王瑜等人[28]利用Hopkinson壓桿技術(shù)，研究了Ti合金的動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)性能。Blazynski[27]采采用扭轉(zhuǎn)加載方式的Hopkinson壓桿獲得了在103103s1應(yīng)變率范圍內(nèi)的工業(yè)純鋁的動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線，如圖12所示。利用SHPB裝置可以方便地記錄加載脈沖的應(yīng)力應(yīng)變、應(yīng)力時(shí)間、應(yīng)變時(shí)間、應(yīng)變率時(shí)間的動(dòng)態(tài)曲線[26]，可用來(lái)研究應(yīng)變率敏感材料的動(dòng)態(tài)性能與應(yīng)變率歷史等。作為測(cè)量材料的流動(dòng)應(yīng)力和研究塑性波的傳播以及驗(yàn)證本構(gòu)模型等方面，泰勒桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)仍在被使用。由于時(shí)間歷程短，因此慣性應(yīng)對(duì)裝置和試樣的影響必須加以考慮。焊縫中心晶粒細(xì)小,且在靠近焊縫的上表面和下表面晶粒更加細(xì)小,這是因?yàn)樵跀嚢桀^的作用下,產(chǎn)生變形和摩擦熱導(dǎo)致該部位金屬在較低溫度下發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程,從而形成細(xì)小的等軸晶粒。在焊接過(guò)程中不需要填充材料,焊前沒(méi)有復(fù)雜的準(zhǔn)備工作,焊接時(shí)不存在熔焊時(shí)的各種缺陷,因而有利于鎂合金的焊接[1419]。針對(duì)采用不同焊絲的焊接接頭分析結(jié)果表明,隨著焊絲含鋁量的增加,熱影響區(qū)及焊縫區(qū)的共晶相逐漸增多并有呈連續(xù)分布的趨勢(shì)。母材晶粒呈纖維狀。氣孔的形成與焊縫中氫含量有關(guān),與焊接過(guò)程中焊絲的成分及保護(hù)氣體的純度等有關(guān),在熔池金屬凝固時(shí),氫在鎂中的溶解度急劇下降,熔池冷卻速度快,在焊縫金屬中氣泡來(lái)不及逸出而形成氣孔,降低了接頭的強(qiáng)度。采用熔化焊焊接鎂合金時(shí)需采用惰性氣體或焊劑的保護(hù)等。此外,焊接鎂合金時(shí)應(yīng)注意:利用背襯保護(hù)熔融金屬。Zn % ,在非平衡凝固中即使是更少量的添加量也結(jié)晶出共晶,結(jié)晶溫度只有340℃左右,大大低于Mg2Al 系的結(jié)晶溫度。(3) 鎂及鎂合金的熱膨脹系數(shù)大() ,導(dǎo)熱系數(shù)高,彈性模量較小,在焊接過(guò)程中鎂合金變形較大、冷卻速度快、熔池一次結(jié)晶速度快,其線膨脹系數(shù)大,% ,使焊縫的內(nèi)應(yīng)力和焊接接頭的剛性拘束度較大,易引起較大的內(nèi)應(yīng)力。 (1) 鎂是很活潑的金屬,與氧的親和力大,在常溫下即可形成氧化鎂、氫氧化鎂等化合物,氧化鎂的熔點(diǎn)約2500℃,與鎂熔點(diǎn)650℃相差很大,在焊接過(guò)程中形成的氧化膜混雜在比重較輕的熔融金屬中不易被排除,易使焊縫產(chǎn)生夾渣,存在夾渣的焊縫易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。由于鎂及其合金具有高的負(fù)電性，可作為犧牲陽(yáng)極材料，防止其他金屬的腐蝕，保護(hù)重要的金屬構(gòu)件不受腐蝕而破壞。鎂合金的強(qiáng)度和彈性模量比鋼、鋁合金低，但有高的比強(qiáng)度和比剛度，在相同重量的構(gòu)建中，采用鎂合金可使構(gòu)件獲得更高的剛度。 工業(yè)態(tài)AZ31鎂合金是商業(yè)化應(yīng)用最普遍的變形鎂合金，工業(yè)態(tài)AZ31鎂合金不經(jīng)過(guò)任何預(yù)處理即具有很好的壓縮超塑性，在溫度為400℃、104~1102s?1的條件下，%，其中在400℃、1102s?1條件下，%。鎂合金的彈性模量比鋁低，在作受力零件時(shí)必須用加強(qiáng)筋或適當(dāng)增加零件斷面厚度，盡管如此，零件的重量仍可減輕20%左右。C左右可以和H2作用生成MgH2，其在低壓或稍高溫度下又能釋放氫，因此可以利用鎂制造儲(chǔ)氫材料[7]。中國(guó)是世界上鎂礦資源最豐富的國(guó)家，礦石類(lèi)型全，分布廣，總儲(chǔ)量居世界第一。固態(tài)鎂易發(fā)生氧化，鎂熔體則易燃燒。鎂具有密排六方結(jié)構(gòu)，a=，c=，c/a=。鎂合金打擊后晶粒大小不均勻。因此，研究鎂合金在高速?zèng)_擊載荷下的力學(xué)性能、斷裂規(guī)律及失效形式可以為提高鎂合金安全性設(shè)計(jì)方面提供理論依據(jù)。摘 要我國(guó)鎂資源極為豐富，鎂的儲(chǔ)量、產(chǎn)量以及出口量均居世界第一。但是現(xiàn)有對(duì)鎂合金材料性能的研究，幾乎都是針對(duì)鎂合金的準(zhǔn)靜態(tài)載荷，缺少高速?zèng)_擊載荷下的鎂合金動(dòng)態(tài)性能數(shù)據(jù)，這無(wú)疑使得將鎂合金作為防彈及汽車(chē)結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)缺少了依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在不同應(yīng)變速率下變形時(shí)，兩種焊接方法下（TIG焊和摩擦攪拌焊），AZ31 鎂合金板材的焊接接頭的應(yīng)力—應(yīng)變曲線幾乎重合，說(shuō)明AZ31 鎂合金板材的焊接接頭的應(yīng)力對(duì)應(yīng)變速率不敏感。鎂是一種銀白色金屬，在元素周期表中位于ⅡA族，元素符號(hào)Mg，原子序數(shù)為12。但鎂在干燥的大氣、碳酸鹽、氟化物、鉻酸鹽、氫氧化鈉溶液、苯、四氯化碳、汽油及不含水和酸的潤(rùn)滑油中卻很穩(wěn)定[1]。鎂的礦物原料主要是菱鎂礦和白云石，其次為海水苦鹵、鹽湖鹵水。鎂在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用主要包括如下幾方面[6]：(1) 作為生產(chǎn)難熔金屬如Ti、Zr、Hf等的還原劑，也可以作為生產(chǎn)鈹、硼的還原劑；(2) 可用于鉛和錫的脫鉍(生成Bi2Mg3)；(3) 作為生產(chǎn)球墨鑄鐵的球化劑：生鐵中加鎂，可使鐵中鱗片狀石墨體球化，生鐵的強(qiáng)度增加1~3倍，~1倍；(4) 作為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的脫硫劑：用顆粒鎂脫去高爐生鐵中的硫，不僅工藝簡(jiǎn)單，而且效果好，并可改善鋼的可鑄性、延展性、焊接性和沖擊韌性；(5) 用于制造鋁合金：用鎂作鋁合金的添加劑是鎂用量最大的產(chǎn)業(yè)，AlMg合金不僅耐蝕性好、強(qiáng)度高，而且易于焊接，適用于汽車(chē)、航空與航天業(yè)；(6) 用于制造鎂合金：利用鎂重量輕的優(yōu)點(diǎn)，加入其他元素如Al、Zn、RE等可制取鎂合金；(7) 用于制作高儲(chǔ)能材料：常壓下，鎂在250176。鎂合金的特點(diǎn)是具有良好的機(jī)械加工性能，其切削速度大大高于其它金屬，而且另一個(gè)突出的特點(diǎn)是不需要磨削和拋光，不使用切削液即可得到光潔的表面。鎂的特殊性能如密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、減振性好、電磁屏蔽性能優(yōu)異、切削加工性和熱成形性好等使其在移動(dòng)通信、手提計(jì)算機(jī)等的殼體結(jié)構(gòu)件上以及在汽車(chē)、電子、電器、航空航天、國(guó)防軍工、交通等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。用于航空、航天飛行器中可減輕結(jié)構(gòu)重量，用于高速運(yùn)行的零件可減少慣性力。除了結(jié)構(gòu)上的用途外，鎂合金還有許多非結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。鎂合金的應(yīng)用研究和開(kāi)發(fā)符合汽車(chē)工業(yè)、電子工業(yè)和航天工業(yè)等的發(fā)展要求，因而受到了各國(guó)政府、企業(yè)和科技界的高度重視。氫和氧在鎂中的溶解度隨溫度的降低而減小,在焊縫凝固過(guò)程中氣體不易逸出而形成氣孔。由Mg2Al 及Mg2Zn 二元系合金相圖可知,在鎂合金焊接中,由于凝固時(shí)的冷卻速度快,呈現(xiàn)非平衡凝固,固溶線下降約2% ,因此,即使極少量的鋁在最終的晶界作為晶體也結(jié)晶出β相(Mg17 Al12 ) ,凝固溫度擴(kuò)展到共晶溫度。(6) 鎂合金易與其他金屬形成低熔共晶體,當(dāng)接頭溫度過(guò)高時(shí),接頭組織中的低熔點(diǎn)共晶體在晶界處會(huì)融化出現(xiàn)空穴、晶界氧化、過(guò)燒等現(xiàn)象。坡口進(jìn)行預(yù)處理。采用TIG焊焊接AZ91D 鎂合金時(shí)發(fā)現(xiàn),在臨近熔合線處產(chǎn)生一較寬的熱影響區(qū),沿晶界可觀察到連續(xù)的Al12Mg17 相析出,接頭的主要缺陷是氣孔和疏松。焊縫區(qū)由細(xì)小的等軸晶組成,晶粒明顯比母材和熱影響區(qū)的細(xì)小,是典型的鑄造急冷組織。采用填絲TIG焊焊接變形鎂合金AZ31B ,與非填絲TIG焊相比,填絲TIG焊的焊接工藝更加復(fù)雜,接頭強(qiáng)度有了很大提高,組織更均勻,熱影響區(qū)較窄,熔合線清晰。它是利用一種特殊形式的攪拌頭邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn),通過(guò)攪拌頭與工件的摩擦產(chǎn)生熱量,使該部位金屬處于熱塑性狀態(tài),并在攪拌頭的壓力下從其前端向后部塑性流動(dòng),從而使待焊件壓焊為一個(gè)整體。觀察接頭組織發(fā)現(xiàn),在接頭處產(chǎn)生了一