高应变率下Mg-Y-Sm镁合金室温动态压缩性能实验

高应变率下Mg-Y-Sm镁合金室温动态压缩性能实验

摘要：近年来稀土镁合金的应用已遍布我们生活的每一个角落，这一新型金属材料是质量相对较轻的合金。稀土元素种类有很多本文主要叙述轻、重稀土元素Y(钇)、Sm(钐)两种元素，两者组合起来的Mg-Y-Sm系合金同样也是本文研究重点。

本文首先采用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置对同一材料、尺寸的Mg-Y-Sm系合金锻件进行冲击，即在不同强度气压下的动态压缩锻件，压缩完毕对试样进行取样、磨制、抛光等工艺处理后进一步腐蚀观察显微镜下的金相组织。根据三种不同压缩结果金相组织的对比图经行分析得到实验结果。实验结果得：在强大气压冲击下，Mg-Y-Sm系合金在挤压方向是连续屈服的变形，根据实验数据处理变化曲线知随着应变率的增高，正应变率也有增高现象；根据进行对比图得Mg-Y-Sm系合金锻件在动态压缩载荷下的金相显微结构为网絮状，加大动态载荷下其金相显微结构有明显的断裂层；根据计算知在强大冲击载荷下，冲击强度越大，锻件的应变率也随着增大说明材料变形需要更大的应力，材料的稳定性也就越强。

关键词：Mg-Y-Sm系合金；动态力学性能；应变率

Experimental study on dynamic compression properties of Mg-Y-Sm magnesium alloy at room temperature at high strain rates.

Abstract:In recent years,rare earth magnesium alloys has been widely used in every corner of our life .This new metal  material is relatively light alloy. This paper mainly dscribes the light and heavy rare earth elements Y(yttrium),Sm (samarium)two elements ,the combination of the two Mg-Y-Sm alloy is also the focus of this paper.

In this paper, the split Hopkinson pressure bar (SHPB) device was used to impact the Mg-Y-Sm alloy forgings of the same material and size.That is, dynamic compression forgings under different pressure intensities,After the sample is compressed, it is processed by sampling, grinding and polishing, etc., and further corroded to observe the metallographic structure under the microscope.According to the comparison of three different compression results, the experimental results are obtained.The experimental results show that the Mg-Y-Sm alloy is a continuous yielding deformation in the extrusion direction under the strong pressure impact. According to the experimental data processing curve, the positive strain rate also increases with the increase of strain rate.According to the comparison diagram, the metallographic microstructure of the Mg-Y-Sm alloy forgings under dynamic compression load is netflock-like, and the metallographic microstructure of the alloy forgings under dynamic compression load has obvious fracture layer.According to the calculation, under the strong impact load, the greater the impact strength, the greater the strain rate of the forgings also increases, indicating that the deformation of the material requires greater stress, and the stronger the stability of the material.

Keywords: Mg-Y-Sm alloy,Dynamic mechanical properties,Strain rate

目录

第一章 绪论 8

1.1镁合金特性及发展 8

1.1.1镁合金介绍 8

1.1.2镁合金的应用 12

1.2Mg-YSm系合金的作用与发展 12

1.2.1Mg-Y-Sm镁合金中稀土元素的作用分析 12

1.2.2稀土镁合金的应用 13

1.3成形工艺及发展情况 14

1.3.1镁合金的成形工艺介绍 14

1.3.2镁合金挤压工艺分析 14

第二章 实验全过程叙述 15

2.1实验装置 15

2.2实验准备过程 20

2.2.1实验材料 20

2.2.2实验试样制备 22

2.3金相试样制制取及金相组织观察 23

2.3.1金相试样的制取 23

2.3.2试样的镶嵌 23

2.3.3试样的粗预磨 24

2.3.4试样的抛光 24

2.3.5金相试样的腐蚀 25

第三章 实验结果及分析 25

3.1Mg-Y-Sm稀土镁合金室温（20℃）冲击试验结果及分析 25

3.2Mg-Y-Sm稀土镁合金金相结果及分析 27

第四章 结论 31

总结与致谢 31

参考文献 31

第一章 绪论

1.1镁合金的特性及发展

1.1.1镁合金介绍

 镁合金看字面意思是由镁元素组成的合金。它不仅可以满足现有行业的需求，也是一种发展空间很大的轻质材料。就目前应用场合而言，镁合金可以帮助工件减少较高的应力集中，而且在工件本身的弹性范围内，如果工件受到强大冲击载荷时，它所承受的能量要相比其它材料工件大，比如铝材料。且在阻尼性这一方面，镁合金相比铝合金来说，它的阻尼性比铝合金要大很多，它的抗震效果非常明显，所以在实际应用中用来制作抗震零部件。实际应用中镁合金应用大的方面在国防利器，小的方面在生活中的每一处，既然在生活中实用那就少不了磕磕碰碰，特别是汽车类的能遭受强大的撞击，而材料在受到撞击时自身都会发生很大的形变，强大的冲击下会导致材料内部结构遭到损坏，因此想要让工件提高自身抗冲击能力必须要加入一些合金元素来提高自身的金属性能和自身韧性保证工件不失效，这样可以确保镁合金工件在巨大冲击下可以保护自身结构不遭到破坏。而为保证镁金属具有更好的抗冲击力，我们往往需要加入一些稀土元素来提高镁合金的抗冲击力[1]。在现有的材料开发技术范围内，研究者发现就研究现状来讲镁和镁合金力学性能的研究前途比较好。因此对镁合金的研究研究者都趋向于加入稀土元素，来检测其抗冲击性能。

据市场统计分析在实际使用较为广泛的是铸造镁合金，但是它有一定的缺点易造成热烈、夹渣、冷隔等铸造缺陷。而就铸造镁合金而言的变形镁合金的力学性能相对较好这也使得它的应用范围在此基础上也得到了一定的发展。科学家在镁合金中加入适量稀土元素不仅提高材料的应变率，还可以增强其冲击下的力学性能。因此使得变形镁合金备受研究者的欢迎。据研究调查发现，世界各国含稀土元素的铸造镁合金工件部件已经是镁合金工件总数的一倍之多。因为在一些研究结果的表明下稀土铸造镁合金的铸件壁厚效应相比一些镁-铝系合金要小得多，它的铸造性能也比较好，工作温度也可以达到两百度以上，而且加入稀土元素的铸造镁合金其一腐蚀易开裂等问题也得到了优化。

一：铸造镁合金特点：

1.质量较轻，比刚度高

上文讲述过，铸造镁合金可以减轻其它工件的质量，这是因为它的比刚度强。正是因为其有这一特性，在轻便携式的工件中比如电脑、笔记本电脑、汽车零部件等为减轻工件本身质量这一目的给铸造镁合金的实际应用创造了很大的发展空间，这也使得镁合金在实际应用中需求量大量提高。当然不管是与其它金属工件还是与我们认为较轻的塑料来说，在相同的工作强度下，镁合金相比其它材料都要轻而且还比较薄节省空间。除此之外，在同样单位重量和弹性形变条件下，镁合金的金属性能要比其它金属性能更加优化是最先考虑使用的，因此这些优点都让铸造镁合金成为实际生活应用中最受欢迎最优先考虑的及最轻的金属材料。

2.电磁波屏蔽性能出众

在过去铸造镁合金技术开发不全面的情况下，我们实际应用中使用最多的电镀屏蔽膜大多都是塑料，伴随着现代化开发技术的全面发展，人们逐渐地把电磁波屏蔽的方法转化到镁合金材料的方面上，通过人们不断探索与发明创造，我们发现后期有了镁合金的参与，给我们制造传统电镀工序迎来了新的起点，镁合金的使用不仅简化了传统工艺的繁琐程序，还在技术领域方面给我们带来了新的起点。随着现代工业化镁合金的使用，镁合金在电磁屏蔽领域应用也成为了电磁波屏蔽的关键。

3.良好的抗冲击、抗压缩性能

在实际应用中，我们可以观察到镁合金的抗变形能力和对振动能量吸收能力都比目前使用到的金属能力强。在实际应用中我们金属工件都要严格要求在相同的条件下，材料都受到强大的冲击时且受力相同时，在吸收掉冲击能量的前提下我们要保证工件不能发生断裂和损坏现象。像在我们身边的现代化汽车制造行业，我们的方向盘及座椅这些关乎生命的主要零部件，大多采用镁合金材料，因为上文讲述过其特有的特点，可以有效保护汽车减轻撞击程度，缩小工件零部件的重量，来保护我们人类的人身安全。对此我做了我们实际应用中较多的材料物理性能对比表格如图（1-1）。通过图片数据对比我们可以发现，在考虑材料成本的前提下，除去钛合金代表，镁合金的各个物理性能相比其它合金都是最优选择。

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