摘 要：采用萬能材料試驗機和分離式霍普金森壓桿（SHPB）裝置，對典型車用的6082-T6鋁合金材料進行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗和不同應(yīng)變率下的動態(tài)壓縮試驗。通過對兩個試驗進行對比，分析6082-T6鋁材是否為各向同性和應(yīng)變率敏感材料。

關(guān)鍵詞：6082-T6鋁材；各向同性；應(yīng)變率

1 概述

近年來，隨著軌道交通事業(yè)的飛速發(fā)展，軌道車輛結(jié)構(gòu)的合理化和輕量化已成為軌道交通行業(yè)的研究重點，對車輛自重、列車運行速度、易于加工成型、良好的耐腐蝕性以及優(yōu)良的焊接性等諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于制造貨車車輛、城際列車、地鐵和高速列車等[1-4]，在軌道交通輕量方面有著無可比擬的作用。6082鋁合金屬于A1-Mg-Si系合金，是以Mg2Si為強化相的鋁合金，抗拉強度為160～320 MPa，延伸率≥8%，屬于可熱處理強化的鋁合金，具有中等強度、密度低、較好的耐蝕性、優(yōu)良的加工性能和焊接性能，常用于高速列車車體的主體結(jié)構(gòu)。

6082-T6具有較高的機械特性王譽瑾等對6082-T6高強鋁合金型材進行了拉伸試驗，統(tǒng)計了材料的力學(xué)參數(shù)[5]。庹文海等對軌道交通用6082-T6鋁合金進行MIG焊接，對其焊接性能進行觀察分析[6]。韋 等利用熱模擬機研究6082鋁合金的熱壓縮變形行為，得到了高溫下該鋁合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線[7]。

文章主要就6082-T6鋁合金材料的力學(xué)性能性能通過萬能材料試驗機和霍普金森拉桿裝置開展了系統(tǒng)的實驗研究。通過對橫向切取和縱向切取材料在不同應(yīng)變率下的對比，得出了6082-T6鋁材為各向同性和應(yīng)變率敏感材料的結(jié)論。

2 準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗

2.1 試件及儀器

運用Instron 5969標(biāo)準(zhǔn)電子萬能拉伸試驗機對6082-T6鋁材進行了準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗。試件參照GB/T228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗 第一部分：室溫試驗方法》[8]制作。板狀試件的尺寸示意圖與試件加工后的照片分別如圖1（a）和圖1（b）所示。本試驗采用比例試件，形狀為板狀，其厚度為4mm，平行長度為55mm，總長度128mm。

2.2 試驗結(jié)果

將試驗試件在室溫（10～35℃）環(huán)境下，試驗試件及試驗用夾頭安裝在試驗機上，試件軸線應(yīng)與力的作用線重合，將引伸計連接在試件上。試驗機勻速進行拉伸，加載速率為10mm/min，測試試件在拉伸過程中的載荷-變形量的關(guān)系。針對橫向切取和縱向切取材料，分別進行四次試驗。試件在常規(guī)拉伸實驗下斷裂形狀圖如圖2所示。

將試驗結(jié)果繪制曲線，得到如圖3所示的位移-載荷曲線。由曲線可知，橫向切取和縱向切取材料的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸曲線無較大差異。

3 動態(tài)壓縮試驗

3.1 試驗設(shè)備及原理

動態(tài)壓縮試驗是在SHPB裝置上進行的，該裝置如圖4所示，包含共軸安裝的撞擊桿（即子彈）輸入桿和輸出桿以及相關(guān)測試系統(tǒng)。試驗過程中，試件夾在輸入桿與輸出桿之間，撞擊桿在氣槍中由高壓氣體推動加速到撞擊速度，并撞擊輸入桿。此時，在輸入桿端部產(chǎn)生一個入射脈沖，當(dāng)應(yīng)力脈沖到達試件前端面后，試件在該應(yīng)力脈沖作用下發(fā)生變形。與此同時，該應(yīng)力脈沖部分被界面反射，在輸入桿中產(chǎn)生一個反射脈沖；另一部分穿過試件到達輸出桿，在輸出桿中產(chǎn)生一個透射脈沖，如圖5所示，這些脈沖可通過粘貼在輸入桿和輸出桿上的電阻應(yīng)變片測得。

相對于三波法，二波法更為常用，且形式更簡單易用，二波法具體形式如式（1）-（3）所示[9]。

式中，s是試件中的平均應(yīng)變率，εs是試件中的平均應(yīng)變，σs為試件中的平均應(yīng)力；εr和εt分別為反射波和透射波對應(yīng)的應(yīng)變，由貼在入射桿和透射桿上的應(yīng)變片可以直接讀出；C0和A0分別是壓桿的聲速與橫截面積；LS和AS分別是試件的初始長度與橫截面積。

3.2 試驗結(jié)果

在室溫（10～35℃）環(huán)境下，將試驗試件安裝在入射桿和投射桿之間。試驗過程中，打開氣閥釋放氣泵內(nèi)的高壓氣體，推動子彈運動使其迅速達到一定的速度，子彈快速撞擊入射桿的左端使其迅速拉伸產(chǎn)生一個應(yīng)力波，當(dāng)波傳遞到試件處，一部分入射波反射回去形成反射波，一部分透過試件繼續(xù)傳遞形成透射波，對采集到的測試信號進行處理可以得到相應(yīng)應(yīng)變率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。該裝置氣泵可為子彈提供3～8bar氣體壓力，通過改變氣體壓力的大小從而改變子彈入射速度，進而改變試件的應(yīng)變率。針對橫向切取和縱向切取材料，在不同氣體壓力下：5、6、7、8bar，分別進行試驗，測得應(yīng)變率分別為2000s-1、2200s-1、2500s-1、2800s-1，將試驗結(jié)果處理后得到圖6不同應(yīng)變率下應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

4 結(jié)束語

由準(zhǔn)靜態(tài)拉伸的位移-載荷曲線和動態(tài)壓縮的真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線，得到以下幾點結(jié)論：（1）橫向切取材料和縱向切取材料的試驗結(jié)果基本相同，所以6082-T6為各向同性材料。（2）隨著試驗的應(yīng)變率增加，材料的屈服強度明顯提高，所以6082-T6為應(yīng)變率敏感材料。

參考文獻

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

[2]蘇鴻英.鐵路工業(yè)的鋁應(yīng)用[J].資源再生，2008（4）：24.

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

[4]楊向明.國外高速列車相關(guān)技術(shù)的研究動態(tài)簡介[J].道機車車輛工人，2006（11）：1.

[5]王譽瑾.6082-T6高強鋁合金材料本構(gòu)模型試驗[J].研究建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2013，34（6）：113-120.

[6]庹文海.軌道交通用6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織與疲勞性能[J].材料導(dǎo)報，2015，29（20）：105-109.

[7]韋 ，蔣鵬，曹飛.6082鋁合金的高溫本構(gòu)關(guān)系[J].塑性工程學(xué)報，2013，20（2）：100-106.

[8]GB/T228.1-2010.金屬材料拉伸試驗第一部分：室溫試驗方法[S].2010.

[9]余同希，邱信明.沖擊動力學(xué)[M].北京∶清華大學(xué)出版社，2011：47.