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镁合金具有密度小、比强度高等系列优异的物理力学性能,在航空航天、交通运载和武器装备的轻量化等方面显示出广泛的应用前景。镁合金在室温下的滑移系少和热导率较高等特点,将对其在冲击载荷下的塑性变形响应产生影响,尤其是变形局部化行为。影响镁合金变形局部化的因素及其物理机制如何,还很不清楚。本文围绕影响镁合金变形局部化行为的宏微观因素及其机制,开展了系列的实验研究和理论分析,得到了系列有意义的结果。 本文选用商用AZ31镁合金板材作为研究对象。热处理工艺采用350℃、400℃和450℃下保温8小时后直接水淬。热处理后的试样沿着ED方向加工成圆柱、圆台、立方体和帽型4种不同的形状。利用分离式Hopkinson压杆进行动态压缩实验,在金相显微镜下对其组织进行观察,并与力学模型相结合,研究晶粒尺寸、应变率、应变和应力状态对AZ31镁合金板材变形局部化行为的影响机制。 高应变率下,AZ31镁合金沿着ED方向进行冲击压缩的应力-应变曲线为上凹型,表现出应变强化效应。屈服强度对应变率不敏感,而最大流动应力和显微组织对应变率敏感,应变率越大,变形局部化行为越明显。在不同的应变下,镁合金的变形机制不同,由滑移-孪生—孪生-孪生—断裂转变。应变超过0.14时,AZ31镁合金产生局部化绝热剪切带,初步计算剪切带内温升~241℃,剪切带内发生动态再结晶细化晶粒。根据断裂形貌构造出圆柱、圆台和帽型试样剪切带形成位置模型,试样的正应力对剪切带的形成具有促进作用。 建立了绝热剪切带的临界应变方程和剪切失稳的力学方程,利用线性扰动方法得到影响AZ31镁合金绝热剪切失稳的因素。结合本构方程,得到应力和应变率对镁合金变形局部化影响的物理图像。