6082―T6铝合金材料力学性能研究

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摘 要：采用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）装置，对典型车用的6082-t6铝合金材料进行准静态拉伸试验和不同应变率下的动态压缩试验。通过对两个试验进行对比，分析6082-T6铝材是否为各向同性和应变率敏感材料。

关键词：6082-T6铝材；各向同性；应变率

1 概述

近年来，随着轨道交通事业的飞速发展，轨道车辆结构的合理化和轻量化已成为轨道交通行业的研究重点，对车辆自重、列车运行速度、易于加工成型、良好的耐腐蚀性以及优良的焊接性等诸多优点，被广泛应用于制造货车车辆、城际列车、地铁和高速列车等[1-4]，在轨道交通轻量方面有着无可比拟的作用。6082铝合金属于A1-Mg-Si系合金，是以Mg2Si为强化相的铝合金，抗拉强度为160～320 MPa，延伸率≥8%，属于可热处理强化的铝合金，具有中等强度、密度低、较好的耐蚀性、优良的加工性能和焊接性能，常用于高速列车车体的主体结构。

6082-T6具有较高的机械特性王誉瑾等对6082-T6高强铝合金型材进行了拉伸试验，统计了材料的力学参数[5]。庹文海等对轨道交通用6082-T6铝合金进行MIG焊接，对其焊接性能进行观察分析[6]。韦 等利用热模拟机研究6082铝合金的热压缩变形行为，得到了高温下该铝合金的应力-应变曲线[7]。

文章主要就6082-T6铝合金材料的力学性能性能通过万能材料试验机和霍普金森拉杆装置开展了系统的实验研究。通过对横向切取和纵向切取材料在不同应变率下的对比，得出了6082-T6铝材为各向同性和应变率敏感材料的结论。

2 准静态拉伸试验

2.1 试件及仪器

运用Instron 5969标准电子万能拉伸试验机对6082-T6铝材进行了准静态拉伸试验。试件参照GB/T228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第一部分：室温试验方法》[8]制作。板状试件的尺寸示意图与试件加工后的照片分别如图1（a）和图1（b）所示。本试验采用比例试件，形状为板状，其厚度为4mm，平行长度为55mm，总长度128mm。

2.2 试验结果

将试验试件在室温（10～35℃）环境下，试验试件及试验用夹头安装在试验机上，试件轴线应与力的作用线重合，将引伸计连接在试件上。试验机匀速进行拉伸，加载速率为10mm/min，测试试件在拉伸过程中的载荷-变形量的关系。针对横向切取和纵向切取材料，分别进行四次试验。试件在常规拉伸实验下断裂形状图如图2所示。

将试验结果绘制曲线，得到如图3所示的位移-载荷曲线。由曲线可知，横向切取和纵向切取材料的准静态拉伸曲线无较大差异。

3 动态压缩试验

3.1 试验设备及原理

动态压缩试验是在SHPB装置上进行的，该装置如图4所示，包含共轴安装的撞击杆（即子弹）输入杆和输出杆以及相关测试系统。试验过程中，试件夹在输入杆与输出杆之间，撞击杆在气枪中由高压气体推动加速到撞击速度，并撞击输入杆。此时，在输入杆端部产生一个入射脉冲，当应力脉冲到达试件前端面后，试件在该应力脉冲作用下发生变形。与此同时，该应力脉冲部分被界面反射，在输入杆中产生一个反射脉冲；另一部分穿过试件到达输出杆，在输出杆中产生一个透射脉冲，如图5所示，这些脉冲可通过粘贴在输入杆和输出杆上的电阻应变片测得。

相对于三波法，二波法更为常用，且形式更简单易用，二波法具体形式如式（1）-（3）所示[9]。

式中，s是试件中的平均应变率，εs是试件中的平均应变，σs为试件中的平均应力；εr和εt分别为反射波和透射波对应的应变，由贴在入射杆和透射杆上的应变片可以直接读出；C0和A0分别是压杆的声速与横截面积；LS和AS分别是试件的初始长度与横截面积。

3.2 试验结果

在室温（10～35℃）环境下，将试验试件安装在入射杆和投射杆之间。试验过程中，打开气阀释放气泵内的高压气体，推动子弹运动使其迅速达到一定的速度，子弹快速撞击入射杆的左端使其迅速拉伸产生一个应力波，当波传递到试件处，一部分入射波反射回去形成反射波，一部分透过试件继续传递形成透射波，对采集到的测试信号进行处理可以得到相应应变率下的应力-应变曲线。该装置气泵可为子弹提供3～8bar气体压力，通过改变气体压力的大小从而改变子弹入射速度，进而改变试件的应变率。针对横向切取和纵向切取材料，在不同气体压力下：5、6、7、8bar，分别进行试验，测得应变率分别为2000s-1、2200s-1、2500s-1、2800s-1，将试验结果处理后得到图6不同应变率下应力-应变曲线。

4 结束语

由准静态拉伸的位移-载荷曲线和动态压缩的真实应力-应变曲线，得到以下几点结论：（1）横向切取材料和纵向切取材料的试验结果基本相同，所以6082-T6为各向同性材料。（2）随着试验的应变率增加，材料的屈服强度明显提高，所以6082-T6为应变率敏感材料。

参考文献

[1]Skillingberg M，Green J.Aluminum applications in the railindustry[J].Light Metal Age，2007，65（5）：8.

[2]苏鸿英.铁路工业的铝应用[J].资源再生，2008（4）：24.

[3]Morita A Aluminum alloys for automobile applications[C].Proc of ICAA-6，Toyohashi.Japan，1998.

[4]杨向明.国外高速列车相关技术的研究动态简介[J].道机车车辆工人，2006（11）：1.

[5]王誉瑾.6082-T6高强铝合金材料本构模型试验[J].研究建筑结构学报，2013，34（6）：113-120.

[6]庹文海.轨道交通用6082-T6铝合金MIG焊接接头组织与疲劳性能[J].材料导报，2015，29（20）：105-109.

[7]韦 ，蒋鹏，曹飞.6082铝合金的高温本构关系[J].塑性工程学报，2013，20（2）：100-106.

[8]GB/T228.1-2010.金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法[S].2010.

[9]余同希，邱信明.冲击动力学[M].北京∶清华大学出版社，2011：47.