单位文秘网 2021-07-23 08:08:58 点击: 次
安全性造成威胁。然而,目前人们仍不能完全掌握金属薄板材料冲击行为的物理本质和变化规律,许多学者在这方面进行了分析和研究,为金属薄板材料冲击的试验开展、性能表征和有限元仿真奠定了基础,具有重要的理论意义和应用价值。
1 金属薄板材料冲击性能试验研究
针对金属薄板材料的冲击行为进行了大量试验研究,通过试验了解冲击头、试样、表面处理方法,以及环境温度等因素对金属薄板材料冲击性能的影响。
(1)冲击头质量、形状和尺寸
R.S.J.Corran等[3]采用不同质量的冲击头对金属薄板进行冲击试验,研究冲击头质量与冲击极限速度间的关系,发现冲击极限速度随着冲击头质量的增加而减小,并且减小的幅度先快后慢。
T.Borvik等[4]试验研究了三种不同形状(半球、圆柱和圆锥)冲击头对Weldox 460E钢材薄板冲击结果的影响,发现半球和圆锥形冲击头的冲击极限速度相近,但明显大于圆柱形冲击头的冲击极限速度;圆锥形冲击头产生的变形最大,其次是半球形冲击头,最后是圆柱形冲击头。
穆建春[5]试验研究了不同圆锥半角尺寸的冲击头对金属材料圆形薄板冲击失效模式的影响,试验结果表明,当冲击头的圆锥半角尺寸较小时,冲击头直接穿透金属薄板而形成孔洞,发生刺透型失效;随着冲击头圆锥半角尺寸的增大,冲击区域主要会发生剪切变形,冲击头也不再穿透金属薄板材料,其失效模式转变为剪切型失效。
(2)试样尺寸和夹持方式
N.Jones等[6]以不同长宽比(1~2.5)的低碳钢矩形薄板为研究对象,试验探究长宽比对冲击性能的影响,试验结果表明,当试验的冲击速度为5~13m/s、冲击质量为25~200kg时,矩形试样不同的长宽比对冲击穿透能的影响很小。
D.Bonorchis和G.N.Nurick[7]试验研究了低碳钢薄板边界处的夹持高度对冲击脉冲和冲击凹坑深度的影响,选取的夹持高度分别为0mm、16mm和32mm,冲击头直径40mm,试验结果表明,随着薄板边界处夹持高度的提高,冲击脉冲加强,但冲击凹坑深度变化很小,说明边界处的加持高度会影响冲击脉冲,但对凹坑深度的影响作用不明显。
王守财等[8]对铝合金薄板进行低速冲击试验以研究飞机金属蒙皮的冲击性能,采用落锤式试验机开展冲击试验(如图1所示),铝合金薄板试件通过螺钉夹持在试验台上以模拟蒙皮与桁条的连接方式,通过调整落锤的高度获得不同冲击能量对应的冲击性能。
(3)表面处理方法
D.C.Lou等[9]对NVE36钢材薄板进行渗碳和渗氮处理,试验研究渗碳和渗氮表面处理对材料冲击性能的影响,试验结果表明,渗氮处理后试样的冲击极限速度下降6%,而渗碳处理后的冲击极限速度增加了27%~29.4%,这说明渗碳处理使低强度钢材薄板的抵抗冲击能力明显增强,而渗氮处理使材料的抵抗冲击能力减弱。
E.Ozsahin和S.Tolun[10]采用Co-Mo-Cr和ZrO2兩种涂层对6061-T651铝合金薄板进行喷镀,试验研究等离子表面喷镀方法对材料冲击极限速度和凹坑深度等性能的影响(如图2所示),试验结果显示,两种等离子表面喷镀方法均能提高铝合金薄板的冲击极限速度,并减小了冲击的凹坑深度,使得铝合金薄板材料的抵抗冲击能力显著增强。
J.K.Holmen等[11]试验研究了4种回火方式(退火、自然冷却、极限强度冷却和过度冷却)对6070铝合金薄板材料冲击性能的影响,试验结果表明,经过退火后试样的冲击极限速度最小、产生的冲击碎片最少,经过极限强度冷却后试样的冲击极限速度最大、产生的冲击碎片最多,而经过自然冷却和过度冷却过程后试样的冲击性能介于前两者之间,这说明通过控制回火过程的方式,能够提高铝合金材料的屈服强度,进而增强抵抗冲击的能力。
(4)环境温度
J.A.Rodriguez-Martinez4[12,13]分别在288K常温和213K低温下对TRIP 1000钢材薄板和2024-T3铝合金薄板进行冲击试验,试样尺寸为80mm方板,冲击头为圆锥形,冲击速度不超过4.5m/s,试验结果表明,当环境温度由288K常温降至213K低温时,两种金属薄板材料的冲击能吸收能力提高,薄板的塑形弯曲变形增强,说明低温习境对金属薄板材料的冲击性能产生有益影响。
李卫军等[14]分别在4种环境温度(20℃、0℃、-20℃和-40℃)下对40CrNiMoA钢材薄板进行冲击试验,试验结果表明,在20℃,0℃和-20℃温度下,钢材薄板发生韧性冲击失效;当环境温度由-20℃降至-40℃时,材料的冲击失效模式逐渐由韧性向脆性转变,40CrNiMoA钢的韧脆转变温度约为-20℃。
可见,冲击头的质量、形状和尺寸,试样的尺寸和夹持方式,表面处理方法以及环境温度等均会影响金属薄板材料的冲击性能,其影响因素多、作用复杂。但目前对于金属薄板材料冲击作用机理的研究较少,可以进一步在试验的基础上,采用扫描(SEM)和透射电镜(TEM)技术分析断口微观结构,探寻冲击引起的晶体变形、位错滑移、凹坑演变和断裂失效等机理的变化。2金属薄板材料冲击性能表征方法研究
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