高温(200℃)高应变率下ZL104的动态力学性能研究
摘要：作为结构材料，ZL104具有密度低、比强度高、热膨胀系数小、热稳定性高以及焊接、铸造、耐磨耐热性能好等优点而被广泛用于汽车行业、船舶行业、工程机械等制造行业。由于ZL104铝合金常用于制造承受较大负荷而形状复杂的零件，所以为了研究ZL104铝合金在高应变速率下的动态力学行为，本文采用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置在高温200℃下进行ZL104铝合金动态压缩实验，试验中采用波形整形技术, 成功地消除了入射波的高频振荡,增强了实验的准确性，并综合运用了金相分析。结果表明：ZL104铝合金主要失效形式为耐热强度低，易产生细小的气孔。
关键词：ZL104；高应变速率；分离式霍普金森压杆；高温200℃
Dynamic compressive mechanical properties of ZL104 at high temperature (200 degree) and high strain rate
Abstract: As a structural material, ZL104 has many advantages, such as low density, high specific strength, low thermal expansion coefficient, high thermal stability, welding, casting, wear-resistant and heat-resistant properties, which are widely used in automobile industry, shipbuilding industry, engineering machinery and other manufacturing lines. Because the ZL104 aluminum alloy is often used to make the parts with large load and complex shape, the dynamic mechanical behavior of ZL104 aluminum alloy at high strain rate is studied. In this paper, the dynamic compression test of ZL104 aluminum alloy was carried out at high temperature of 200 c by the separation Hopkinson pressure rod (SHPB) device. The waveform shaping technique was used in the experiment to effectively eliminate the high frequency oscillation of the incident wave, improve the testing precision, and use the metallographic analysis synthetically. The results show that: The main failure form of ZL104 aluminum alloy is low heat resistance and easy to generate small pores.
Keywords: ZL104; high strain rate; split Hopkinson pressure bar; high temperature 200 degrees.
目录
第一章 序言 7
1.1铝及铝合金简介 7
1.2铝合金的特点及其分类 7
1.2.1铝及铝合金的特点 7
1.2.2铝合金的分类 8
1.3常用合金元素在铝合金中的应用 8
1.4铝合金工艺生产的发展状况 8
1.4.1国内外的研究现状 8
1.4.2铝合金在化工行业中的应用 8
1.4.3铝合金在航空航天、汽车行业中的应用 8
1.4.4铝合金在船用行业中的应用 9
1.4.5铝合金在金属包装行业中的应用 9
第二章实验设备 10
2.1实验主要设备SHPB简介 10
2.2 SHPB实验原理简介 10
2.2.1高温SHPB实验装置 11
第三章实验材料及实验方法 12
3.1实验试样的制备 12
3.1.1.实验方法 12
3.2.金像试样制备及组织观察 13
3.2.1.试样的镶嵌 13
3.2.2.试样的磨制 13
3.2.3.试样的抛光 13
3.2.4.试样的腐蚀 13
3.2.5.金相组织观察 13
第四章实验结果及分析 14
4.1 ZL104铝合金的实验结果 14
4.2实验结果的处理 16
4.3实验结果的分析 18
4.4高温高应变率下ZL104铝合金金相组织分析 20
4.4.1 ZL104铝合金横截面金相组织分析 20
4.4.2 ZL104铝合金纵截面金相组织分析 21
第五章实验结论 23
致谢 24
第1章 序言
1.1 铝及铝合金简介
大自然中，铝元素的分布最为广泛（金属元素）。这些铝普遍以结构比较复杂的硅酸盐形态存在，其中地壳中铝元素的含量位于金属首位。据调查，地球上有多达250多种已知的含铝矿物，其中最常见的是铝硅酸盐矿石。对于其他金属来说，铝被发现的时间有点晚。到今天为止铝被开发的时间也不到200年。1825年丹麦化学家汉斯·奥斯特用钾成功的从氯化铝中还原出铝。19世纪初德国科学家A.维尔姆发明了硬铝合金，但直到20世纪初铝和铝合金的生产技术才得到完善，工业上开始大规模生产，并大量用于日常生活中和一些工业设备。在这短短的五十年里，铝已经成功发展为世界上应用最广的金属之一。
纯铝中加入其他合金元素后得到的产物就是铝合金。铝合金保留了纯铝的基本物化性能。如质量轻、有优良的导电性、耐腐蚀性和导热性等，且 机械性能有了很大的提升。纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁或铜的1/3，熔点低（660.4℃），铝的结构属于面心立方晶格，所以整体塑形好，便于加工，可制成各种需求材料。耐腐蚀性能好；但是纯铝的强度不是太理想，因此不适合作为结构材料。?
经过长期的生产实践以及研究者们的不断实验和完善，人们通过在纯铝中添加其他元素并运用热处理等方法来形成强化相。由于加入的合金元素不同，所产生的合金相也大不相同，形成的铝合金的性能以及他们的作用也各不相同。其中经常添加的主要合金元素有铜、硅、镁、锰、锌等，微量元素有钛、硼、铬、锶、锆 ，杂质元素有钒、钙、铅、锡、稀土元素等。纯铝在添加一定元素后所形成的合金不仅能保持纯铝质轻等优点，而且同时还能获得较高强度提升。铝合金在很多方面甚至超过一些优良的合金钢，可以代替其作为理想的结构材料，现已大量用于机械加工、交通运输、船舶及航空航天等领域，特别是飞机的蒙皮、机身以及汽车的发动机等急需减轻重量的部件。
参考文献
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