劉新華，晏玉平，謝建新

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應變速率對藕狀多孔鎂垂直于氣孔方向壓縮變形行為與力學性能的影響

劉新華，晏玉平，謝建新

(北京科技大學新材料技術(shù)研究院，北京 100083)

利用定向凝固法制備藕狀多孔鎂，采用GLEEBLE?1500型材料模擬實驗機和分離式霍普金森壓桿(SHPB)裝置，在以1×10?3~1650 s?1的應變速率范圍內(nèi)沿垂直于氣孔方向進行壓縮實驗，研究應變速率對藕狀多孔鎂壓縮變形行為和力學性能的影響。結(jié)果表明：當垂直于氣孔方向壓縮時，藕狀多孔鎂的應力?應變曲線分為應力線性增加的彈性階段、應力緩慢增加的平臺階段和應力急劇增加的密實化階段，應力隨應變的增加持續(xù)增大，無應力峰值的出現(xiàn)。而當垂直于氣孔方向壓縮時，應變速率對藕狀多孔鎂的變形行為影響顯著，在應變速率<60 s?1條件下，主要變形方式為氣孔先發(fā)生橢圓化變形，然后部分氣孔的孔壁率先向氣孔內(nèi)發(fā)生彎月形塌陷并形成垂直于壓縮方向的先變形帶，隨后變形帶不斷產(chǎn)生，從而逐步實現(xiàn)密實化；而較高應變速率(=450~1650 s?1)下的變形方式雖然氣孔也是先后發(fā)生橢圓化、孔壁向氣孔內(nèi)的彎曲塌陷等變形并形成先變形帶，但先變形帶沿試樣對角線方向率先形成，并隨壓縮進行不斷向與對角線垂直的方向擴展。應變速率對藕狀多孔鎂的力學性能有較明顯的影響，其影響機制主要是由于不同應變速率時氣孔的變形方式發(fā)生了變化。

藕狀多孔鎂；應變速率；變形行為；力學性能；變形機制

多孔金屬是一類新型的工程材料，與致密金屬相比，具有密度低、恒定壓縮應力下的變形大、表面積大、滲透性好等特殊性能，被廣泛應用于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)部件、熱交換器、過濾器、吸聲元件以及生物工程材料等領(lǐng)域[1?3]。其中，低密度和獨特的壓縮應力響應特性，使多孔金屬可作為理想的能量吸收和安全防護材料廣泛用于交通工具、航空航天、軍事裝備等高技術(shù)領(lǐng)域。藕狀多孔金屬是近年發(fā)展起來的一種新型多孔金 屬[4]，與泡沫金屬相比，其孔隙結(jié)構(gòu)不是圓球形或多邊形氣孔隨機分布于金屬基體中，而是圓柱形氣孔沿同一方向規(guī)則分布于金屬基體中，這一結(jié)構(gòu)特點使其具有在沿氣孔軸向加載時不存在明顯的應力集中、較高的拉伸和壓縮強度以及較高應力平臺等優(yōu)異的力學特性，因此，藕狀多孔金屬成為近年來多孔材料研究的熱點[5?9]。

鎂具有密度低(1.74 g/cm3)、比強度高、減震性能好等優(yōu)點，多孔鎂材料可望兼具超輕和強吸能減震特性，在航空航天、汽車工業(yè)、高速交通等高技術(shù)領(lǐng)域具有重要應用前景。因此，高性能多孔鎂的制備研究受到高度重視，開發(fā)出了泡沫鎂等多孔鎂材料[10?13]。研究結(jié)果表明[13]，泡沫鎂具有較長的應力平臺和優(yōu)良的能量吸收性能。但由于泡沫鎂不規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)特點，壓縮時應力集中比較嚴重，力學性能較低。藕狀多孔鎂的孔隙結(jié)構(gòu)具有取向分布的特點，這種規(guī)則結(jié)構(gòu)的多孔金屬在壓縮時的變形行為和力學性能如何是值得研究的重要問題。

另一方面，在用作輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量吸收部件時，多孔金屬往往不只是發(fā)生靜態(tài)變形，也常發(fā)生動態(tài)變形。把握多孔金屬材料在較大應變速率范圍載荷作用下的力學特性可為吸能結(jié)構(gòu)和安全防護元件的材料選擇和結(jié)構(gòu)設計提供重要參考，因而受到研究人員高度關(guān)注，并在此方面進行了大量的研究工作[14?18]。在前期研究中，本文作者研究發(fā)現(xiàn)，藕狀多孔鎂在壓縮方向平行于氣孔方向的條件下當應變速率較大時，應變速率對藕狀多孔鎂的變形行為和力學性能有較明顯的影響[19]。然而，藕狀多孔金屬的孔隙結(jié)構(gòu)具有顯著的各向異性，當壓縮方向不同時，應變速率對藕狀鎂的變形行為是否產(chǎn)生明顯影響，如何影響以及影響的機理如何尚需進一步研究。

在此，以藕狀多孔鎂為對象，在以1×10?3~1650 s?1的較大應變速率范圍內(nèi)，沿垂直于氣孔方向進行壓縮變形，研究了應變速率對藕狀多孔鎂壓縮變形行為和力學性能的影響，探討了其影響機理。

1 實驗

1.1 實驗材料

采用定向凝固法制備藕狀多孔鎂，所用裝置如圖1所示。實驗時，先確保裝置密封良好，避免氣體泄露，然后對凝固裝置抽真空，當真空度達到1.0 Pa后充入氫氣，并使其壓力達到約0.1 MPa。開啟加熱裝置熔化金屬，至760 ℃時保溫0.5 h，使氣體在金屬液中充分溶解達到飽和。采用氧化鋁陶瓷鑄型，其內(nèi)徑50 mm，高170 mm。鑄型在鎂熔化后保溫過程中進行預熱，預熱溫度設定為500 ℃。達到設定溫度時提起石墨塞棒，將金屬液注入預熱的鑄型中進行定向凝固，獲得藕狀多孔鎂棒材，形貌如圖2所示。

采用電火花線切割將制備所得藕狀多孔鎂棒料加工成尺寸為15 mm×15 mm×15 mm的立方體試樣，試樣的4個側(cè)面與氣孔方向平行，兩個端面與氣孔方向垂直，切割時力求保證良好的平行度和垂直度。將切割后的立方體試樣經(jīng)超聲波清洗，去除加工過程中殘留其中的雜質(zhì)。之后通過稱量和計算體積的方法確定相對密度和孔隙率，分別按式(1)和式(2)進行計算。

圖1 藕狀多孔金屬定向凝固制備裝置示意圖

圖2 藕狀多孔鎂棒料截面形貌

(2)

采用Image J軟件對壓縮試樣的孔隙結(jié)構(gòu)特征進行分析?？芍?，藕狀多孔鎂壓縮試樣的平均孔徑為0.7~1.7 mm，孔隙率為45%~64%。

1.2 實驗方法

選用孔隙比較均勻的藕狀多孔鎂試樣，分別在低應變速率、中應變速率和高應變速率下對其進行壓縮實驗。所有壓縮實驗均保持壓縮方向平行氣孔方向，如圖3所示。

圖3 壓縮實驗方法示意圖

1.2.1 較低應變速率時的壓縮實驗方法

在室溫下，采用GLEEBLE?1500型模擬實驗機進行低和中應變率壓縮實驗，應變速率采用以0.001、0.1、1.0和30.0 s?1，變形量控制在80%以上。實驗獲得載荷和位移數(shù)據(jù)，利用試樣原始面積除載荷數(shù)據(jù)得到工程應力，利用原始高度除位移數(shù)據(jù)獲得工程應變。

1.2.2 高應變速率時的壓縮實驗方法

分離式霍普金森壓桿(Split Hopkinson pressure bar，SHPB) 是研究材料在高應變速率下的力學特性的重要方法。但多孔材料通常需要研究較寬的應變范圍(彈性階段、屈服階段和密實階段)，而分離式霍普金森壓桿則無法實現(xiàn)如此大的應變范圍，特別是對于強度較大、孔隙率較高的多孔金屬材料更加困難。在分離式霍普金森壓桿基礎(chǔ)上發(fā)展的直接撞擊式霍普金森壓桿實驗技術(shù)可以獲得較大的應變范圍[13, 19]，其原理如圖4所示。本研究中采用直接撞擊式霍普金森壓桿實驗技術(shù)進行動態(tài)壓縮實驗，應變速率分別為450、950和1650 s?1，獲得的典型信號數(shù)據(jù)如圖5所示，最大應變控制在0.8左右。

1.2.3 變形過程分析方法

為了分析孔隙結(jié)構(gòu)的變化，研究變形過程，采用了變形量控制的方法，即當壓縮進行到某一變形量時停止壓縮變形，取出壓縮后的試樣，沿壓縮的軸向?qū)⒃嚇悠书_，分析孔隙結(jié)構(gòu)的變化情況。根據(jù)實驗獲得的完整應力應變曲線的特點，分別選取15%、30%、45%、60%和70%左右的變形量作為觀察點。在低、中應變速率壓縮時，通過GLEEBLE?1500型模擬實驗機自動控制變形量；而在高應變速率壓縮時，由于SHPB試驗裝置無法自動控制壓縮變形量，實驗時采用設置不同高度限位環(huán)的方法精確控制變形量，當壓桿與限位環(huán)接觸后受到限位環(huán)支撐而停止對試樣的壓縮作用，其原理如圖3(b)所示。同時，在高應變速率壓縮變形時，為了分析變形的動態(tài)過程，探索變形機理，采用高速攝像機記錄典型應變速率下的壓縮變形過程。

圖4 實驗采用的直接撞擊式霍普金森壓桿實驗技術(shù)原理示意圖

圖5 利用直接撞擊式霍普金森壓桿實驗技術(shù)獲得的典型信號

2 結(jié)果與討論

2.1 壓縮變形過程

圖6所示為實驗獲得的典型藕狀多孔鎂壓縮應力?應變曲線。由圖6可以看出，盡管純鎂是典型的塑性變形能力較差的材料，但藕狀多孔鎂的壓縮曲線并不同于致密純鎂的，致密純鎂在壓縮時會在不大的壓縮變形量時即會沿與壓縮方向呈45°左右的滑移面發(fā)生斷裂失效，所以壓縮變形量一般較?。欢籂疃嗫祖V則可以發(fā)生變形量在80%以上的連續(xù)變形，這顯然與藕狀多孔鎂材料存在大量孔隙有關(guān)，為了進一步弄清藕狀多孔鎂與致密鎂迥異的力學特點，需要研究其壓縮過程中的變形行為。

與其他多孔材料相似，藕狀多孔鎂的壓縮應力?應變曲線也分為3個明顯的階段：彈性階段、應力平臺階段和密實化階段。垂直于氣孔方向壓縮條件下的應力?應變曲線與平行于氣孔方向壓縮時的曲線明顯不同，沒有出現(xiàn)明顯的應力峰值[19]，而是表現(xiàn)出與藕狀多孔銅類似的變化特點。這表明藕狀多孔鎂力學性能受壓縮方向影響顯著，具有明顯的各向異性。

圖6 典型的藕狀多孔金屬鎂壓縮應力?應變曲線

2.2 應變速率對壓縮變形行為的影響

2.2.1 較低應變速率條件下的變形過程

圖7所示為在應變速率為1×10?3s?1條件下垂直于氣孔方向壓縮時藕狀多孔鎂經(jīng)過不同變形量后的孔隙形貌。當壓縮變形量較小時，氣孔發(fā)生變形形成橢圓形。當變形量繼續(xù)增加時，氣孔發(fā)生不均勻變形，從圖7(b)可以看出，當壓縮變形量到15%時，已經(jīng)有些氣孔孔壁發(fā)生彎曲坍塌并逐步發(fā)生閉合，但有的氣孔卻僅發(fā)生較小的變形，即氣孔并不是均勻地發(fā)生塌陷和閉合，而是在試樣中形成與壓縮方向垂直的先變形帶，在該變形帶內(nèi)，氣孔先發(fā)生閉合。隨著變形量增大，變形帶不斷增加，最后達到密實化。在上述孔壁彎曲塌陷過程中，可以看到有些孔壁會發(fā)生局部斷裂，但數(shù)量較少，因而垂直于氣孔方向壓縮時沒有出現(xiàn)平行于氣孔方向壓縮時的應力峰值。當變形量到達60%時，試樣整體已經(jīng)閉合，只有少量氣孔沒有閉合。當變形量到達70%時，試樣已經(jīng)完全閉合。

圖7 應變速率為1×10?3 s?1時藕狀多孔鎂在不同應變量下壓縮試樣的縱截面形貌

圖8所示為應變速率進一步增大到30 s?1條件下垂直于氣孔方向壓縮時藕狀多孔鎂經(jīng)過不同變形量后的孔隙形貌。從圖8中可以明顯看出，在應變速率增大到30 s?1時，與低應變速率時相似，氣孔也是先發(fā)生橢圓化變形，然后部分氣孔的孔壁率先向氣孔內(nèi)發(fā)生彎月形塌陷并形成先變形帶，隨后變形帶不斷產(chǎn)生，從而逐步實現(xiàn)密實化。

2.2.2 高應變速率條件下的變形過程

圖9所示為在高應變速率條件下垂直于氣孔方向壓縮時藕狀多孔鎂經(jīng)過不同變形量后的孔隙形貌。由圖9可以發(fā)現(xiàn)，藕狀多孔鎂在高應變速率下變形后的孔隙形貌與低、中應變速率條件下有一些相似之處，即，同樣是氣孔先經(jīng)過橢圓化變形，并且也可觀察到局部變形帶和孔壁的彎曲斷裂。但又存在明顯的不同，即在高應變速率下試樣內(nèi)部先變形帶是沿試樣對角線方向，并隨著壓縮進行不斷向與變形帶垂直的方向擴展，而在較低應變速率下，先變形帶與壓縮方向垂直(見圖9中③虛線框所示)。

圖8 應變速率為30 s?1 時藕狀多孔鎂在不同應變量下壓縮試樣的縱截面形貌

圖9 應變速率為950 s?1時藕狀多孔鎂在不同應變量下壓縮試樣的縱截面形貌

2.3 應變速率對壓縮力學性能的影響

2.3.1 應變速率對壓縮應力?應變曲線的影響

為了研究應變速率對藕狀多孔鎂沿垂直于氣孔方向壓縮應力?應變曲線的影響，在應變速率為1×10?3~ 1650 s?1范圍內(nèi)選取8個不同的應變速率進行了壓縮實驗。圖10所示為垂直于氣孔方向壓縮時應變速率對藕狀多孔鎂應力?應變曲線的影響。由圖10可知，壓縮方向垂直于氣孔方向時，不同應變速率下藕狀多孔鎂的應力?應變曲線變化趨勢一致，都包括線彈性階段、低應力平臺階段和密實化階段。總體上，平臺區(qū)應力值較低，基本上低于25 MPa，平臺區(qū)在應變?yōu)?.05~0.6之間，且應力隨應變增加在密實化之前一直緩慢增大，應力?應變曲線上均無應力峰值出現(xiàn)。在壓縮變形量小于0.4時，隨應變速率增大，應力?應變曲線總體上先有所抬升，但當應變速率增大到450 s?1以上時，應力?應變曲線又有所降低，即垂直于氣孔方向壓縮時，藕狀多孔鎂的應力?應變曲線受應變速率的影響較明顯，但在較低和高應變速率下的變化趨勢相反。應變速率對應力?應變曲線影響的另一個特點是，當壓縮變形量大于0.4時，隨壓縮變形量增加，高應變速率下的應力增加顯著快于較低應變速率下的值。

圖10 垂直于氣孔壓縮時應變速率對藕狀多孔鎂壓縮應力?應變曲線的影響

2.3.2 應變速率對平臺應力和密實化起始應變的影響

本實驗中采用能量學方法確定密實化起始應變cd，即利用材料的壓縮應力、應變數(shù)據(jù)通過式(3)獲得?曲線(為吸能效率；為應變)，將曲線中最大值所對應的應變作為密實化起始應變，如圖11所示。這里反映的是多孔材料的能量吸收效率，當多孔材料開始密實化時，能量吸收效率開始下降，因此，最大值max所對應的應變即為密實化起始應變cd：

通過對密實化起始應變的計算發(fā)現(xiàn)不同應變速率下藕狀多孔鎂的cd均不大于0.5，同時，考慮到圖10所示應力應變曲線的特點，即在應變小于0.1時，曲線斜度較大會影響平臺應力，因此，將0.1~0.5應變范圍的平均應力作為平臺應力，按式(4)計算：

(4)

圖11 能量法確定藕狀多孔銅密實化起始應變示意圖

表1所列為垂直于氣孔方向壓縮時應變速率對孔隙率為61%的藕狀多孔鎂的平臺應力的影響。參照泡沫材料平臺應力研究中的處理方法，將藕狀多孔鎂在不同應變速率下的平臺應力相對于應變速率為1×10?3s?1時的數(shù)值增加20%以上作為判斷其具有應變速率敏感性效應的依據(jù)。從表1中數(shù)據(jù)可以看出，壓縮垂直于氣孔方向的藕狀多孔鎂的平臺應力具有一定的應變速率敏感性，孔隙率一定時，隨著應變速率的變化，平臺應力發(fā)生明顯的改變。與應變速率為1×10?3s?1時相比，當應變速率增大時，總體上平臺應力增大，特別是當應變速率大于1 s?1時，平臺應力表現(xiàn)出比較明顯的應變速率硬化效應。但當應變速率進一步增大到950 s?1以上時，平臺應力又開始隨應變速率增加而下降，與較低應變速率時相比表現(xiàn)出相反的趨勢。

表1 應變速率對垂直于氣孔方向壓縮時藕狀多孔鎂的平臺應力的影響(孔隙率為61%)

圖12所示為垂直于氣孔方向壓縮時應變速率對藕狀多孔鎂的密實化起始應變的影響。由圖12可以看出，在垂直于氣孔方向壓縮時，密實化起始應變值明顯小于平行于氣孔方向壓縮時的值，在較低應變速率時，略小于試樣的孔隙率(61%)。從上述變形行為的研究結(jié)果可知，垂直于氣孔方向壓縮時藕狀多孔鎂的變形方式主要是氣孔壓扁和孔壁向氣孔內(nèi)部彎曲、塌陷，逐步填充孔隙部位達到密實化，這種方式比較容易實現(xiàn)密實化，所以密實化起始應變沒有超過試樣的孔隙率。在較低應變速率時，藕狀多孔鎂的密實化起始應變數(shù)據(jù)相差不大，但在高應變速率時，藕狀多孔鎂的密實化起始應變比較低應變速率時較明顯增大。這是由于高應變速率時主要是氣孔直接壓扁、閉合的方式實現(xiàn)密實化，在壓扁變形的最后階段進一步壓實的難度較大。

圖12 應變速率對起始密實化應變的影響

綜上所述，應變速率對藕狀多孔鎂的平臺應力的影響比較明顯，但對密實化起始應變的影響較小。

2.4 分析與討論

如前所述，藕狀多孔金屬的特點之一是其孔隙結(jié)構(gòu)取向分布，具有明顯的各向異性，這種結(jié)構(gòu)特點可能會對其不同方向的變形行為和力學性能產(chǎn)生影響。從前期研究可知[19]，在沿平行于氣孔方向壓縮變形時，其變形方式主要是通過孔壁局部坍塌，進而向氣孔中坍塌，并逐步實現(xiàn)密實化。而從本研究結(jié)果可知，垂直于氣孔方向壓縮時，其主要變形過程是氣孔以不同的方式被壓扁、坍塌、密實化，具體的變形方式受變形條件影響而有所不同，具體分析如下。

以單個氣孔單元作為研究對象，分析在垂直于氣孔方向壓縮時的變形情況。圖13所示為垂直于氣孔壓縮時氣孔單元在不同應力狀態(tài)下的變形方式。多孔壓縮試樣在垂直于氣孔軸向的單向壓應力作用下，除了試樣邊部較小的自由變形區(qū)內(nèi)的氣孔主要受到沿壓縮方向的壓應力以外，壓縮試樣內(nèi)部的氣孔不僅要受到沿壓縮方向的應力，由于相鄰氣孔單元的相互作用，還受到與壓縮方向垂直的壓縮應力的作用。當試樣經(jīng)受較小壓縮變形時，由于變形初始階段沿壓縮方向的應力是主應力，在此應力的作用下，氣孔孔壁發(fā)生彎曲，氣孔變?yōu)闄E圓形。隨著壓縮變形量的增大，與壓縮方向垂直方向上的應力不斷增大。在沿垂直方向上應力明顯較大的條件下，形成長軸沿水平方向的橢圓氣孔；在水平方向的應力明顯較大的局部區(qū)域形成長軸沿垂直方向的橢圓形氣孔；在兩個方向上的應力稍有差別的條件下，橢圓氣孔長軸則與水平方向成一定的夾角。隨著變形量繼續(xù)增大，由于孔壁的不均勻性和鎂的塑性變形能力較差，在孔壁較薄弱的地方容易發(fā)生孔壁的剪切斷裂，氣孔長軸也會發(fā)生一定的轉(zhuǎn)向。當壓縮變形量超過一定數(shù)值后，藕狀多孔鎂變形進入密實化階段。斷裂孔壁填充氣孔，氣孔孔隙被壓縮到很小，從壓縮變形之后試樣的縱截面照片可以看出，最終的氣孔長軸方向朝向有水平方式、垂直方式和斜排方式。

當壓縮時的應變速率變化時，綜上所述可知，在應變速率較低時(≤30 s?1)，壓縮變形過程中氣孔的變形方式?jīng)]有觀察到明顯的變化，主要是試樣內(nèi)部部分氣孔先產(chǎn)生壓扁、塌陷等變形，形成沿與壓縮方向垂直的方向先變形帶，之后變形帶不斷產(chǎn)生，直至密實化(見圖14(a))。當應變速率達到950 s?1以上時，可以觀察到在壓縮變形過程中試樣內(nèi)部氣孔的變形方式發(fā)生了較明顯的變化，即氣孔首先沿著與壓縮方向呈約45°的對角線方向發(fā)生壓扁和塌陷變形，形成先變形帶，然后沿與變形帶垂直的方向擴展(見圖14(b))。相關(guān)研究表明，在高速應變速率下壓縮時，高速壓頭作用到壓縮試樣時，往往會產(chǎn)生明顯的沖擊波效應，沖擊波從壓頭與試樣接觸的一端向另一端傳播，引起壓縮試樣在與高速壓頭接觸部位率先發(fā)生局部變形，且局部變形隨著沖擊波從一端向另一端的傳播而不斷向前推進，引起試樣發(fā)生不均勻變形。為了分析藕狀多孔鎂試樣在高速壓縮過程中是否受到?jīng)_擊波的顯著影響，采用高速攝像機對藕狀多孔鎂高應變速率壓縮變形過程進行了高速攝像。圖15所示為高速攝像機記錄的藕狀多孔鎂垂直于氣孔方向壓縮時不同壓縮變形量時的圖像。從圖15可以看出，壓縮試樣并沒有發(fā)生從一端向另一端的局部變形，而是總體上仍然發(fā)生較為均勻的壓縮變形，這表明在應變速率達到950 s?1時，藕狀多孔鎂在垂直于氣孔方向壓縮時并沒有受到?jīng)_擊波效應的明顯影響。因此，在垂直于氣孔方向壓縮時，藕狀多孔鎂在較低應變速率下和高應變速率下表現(xiàn)出不同的變形行為，這可能主要與不同應變速率下試樣內(nèi)部的應力分布狀態(tài)和壓縮變形過程中變形協(xié)調(diào)的難易程度有關(guān)。

圖13 垂直于氣孔壓縮時氣孔單元在不同應力狀態(tài)下的變形方式

圖14 垂直于氣孔方向壓縮時藕狀多孔鎂的變形方式

圖15 高速攝像機記錄的藕狀多孔鎂垂直于氣孔方向壓縮時的變形過程

3 結(jié)論

1) 垂直于氣孔方向壓縮時，藕狀多孔鎂的應力?應變曲線分為應力線性增加的彈性階段、應力緩慢增加的平臺階段和應力急劇增加的密實化階段，應力隨應變增加持續(xù)增大，無應力峰值或下降。

2) 垂直于氣孔方向壓縮時應變速率對藕狀多孔鎂的變形行為影響顯著，在應變速率＜60 s?1條件下的主要變形方式為氣孔先發(fā)生橢圓化變形，然后部分氣孔的孔壁率先向氣孔內(nèi)發(fā)生彎月形塌陷并形成垂直于壓縮方向的先變形帶，隨后變形帶不斷產(chǎn)生，從而逐步實現(xiàn)密實化；而在較高應變速率為450~1650 s?1條件下，變形方式雖然氣孔也是先后發(fā)生橢圓化、孔壁向氣孔內(nèi)的彎曲塌陷等變形并形成先變形帶，但先變形帶沿試樣對角線方向形成率先形成，并隨壓縮進行不斷向與對角線垂直的方向擴展。

3) 應變速率對藕狀多孔鎂的力學性能有較明顯的影響，其影響機制主要是由于不同應變速率時氣孔的變形方式發(fā)生了變化，高應變速率時受沖擊波效應的影響不明顯。

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(編輯 龍懷中)

LIU Xin-hua, YAN Yu-ping, XIE Jian-xin

(Institute for advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

Lotus-type porous magnesium was fabricated by unidirectional solidification, and the compressive experiments were subsequently conducted in the compressive direction vertical to the pores at strain rate in range of 1×10?3?1650 s?1using GLEEBLE?1500 materials simulation system and split Hopkinson pressure bar (SHPB). The effects of strain rate on the compressive deformation behaviors and mechanical properties of lotus-type porous magnesium were investigated. The results indicate that the compressive deformation process of lotus-type porous magnesium consists of a linear elastic stage, a plateau stage and a densification stage at various strain rates, and the stress increases with the increase of strain without the stress peak. The strain rates have significant effects on the compressive deformation behaviors of lotus-type magnesium in the compressive direction vertical to the pores. When compressed at a lower strain rate less than 60 s?1, lotus-type magnesium deforms mainly in the way, the round pore was firstly flatten to ellipse, then the wall of some pores earlier starts to collapse into the hole by a crescent-shaped bending and forms a first deformation band which is vertical to compressed direction. When compression continues, the deformation band forms continually. However, when compressed at high strain rates between 450 s?1and 1650 s?1, the deformation band first forms along the diagonal direction and expands along the direction vertical to the diagonal. The strain rates have obvious influence on the mechanical property, and the main mechanism is that the deformation way of pore at lower strain rate is different from that at high strain rate.

lotus-type porous magnesium; strain rate; deformation behaviors; mechanical property; deformation mechanism

Project(50904004) supported by the National Natural Science Foundation of China

2015-11-10; Accepted date:2016-07-19

XIE Jian-xin; Tel: +86-10-62332254; E-mail: jxxie@mater.ustb.edu.cn

1004-0609(2016)-12-2488-11

TG146；TG115

A

國家自然科學基金資助項目(50904004)

2015-11-10；

2016-07-19

謝建新，教授，博士；電話：010-62332254；E-mail: jxxie@mater.ustb.edu.cn