表面粗糙度对6061铝合金薄壁管冲击膨胀断裂性能的影响

刘龙飞 周强

刘龙飞, 周强. 表面粗糙度对6061铝合金薄壁管冲击膨胀断裂性能的影响[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(4): 749-758. doi: 10.11883/bzycj-2016-0389
引用本文: 刘龙飞, 周强. 表面粗糙度对6061铝合金薄壁管冲击膨胀断裂性能的影响[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(4): 749-758. doi: 10.11883/bzycj-2016-0389
LIU Longfei, ZHOU Qiang. Effect of surface roughness on impact expansion fracture of 6061 aluminum alloy thin-walled cylindrical tube[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(4): 749-758. doi: 10.11883/bzycj-2016-0389
Citation: LIU Longfei, ZHOU Qiang. Effect of surface roughness on impact expansion fracture of 6061 aluminum alloy thin-walled cylindrical tube[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(4): 749-758. doi: 10.11883/bzycj-2016-0389

表面粗糙度对6061铝合金薄壁管冲击膨胀断裂性能的影响

doi: 10.11883/bzycj-2016-0389
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11772127

湖南省科研创新项目 CX2017B634

详细信息
    作者简介:

    刘龙飞(1975-), 男, 博士, 教授, lfliu1@hnust.cn

  • 中图分类号: O347;TG156

Effect of surface roughness on impact expansion fracture of 6061 aluminum alloy thin-walled cylindrical tube

  • 摘要: 采用分离式霍普金森杆实验技术,对表面加工后不同粗糙度的6061铝合金薄壁圆柱管进行动态膨胀断裂冻结回收实验,并对薄壁金属圆柱管动态膨胀断裂过程中裂纹萌生、扩展情况以及最终断裂模式等进行了研究。结果表明:相同冲击压力条件下,薄壁金属圆柱管表面粗糙度越大,材料越容易发生膨胀破裂;裂纹萌生于外壁面,由外向内扩展,并且裂纹的扩展主要受裂纹处应力状态的影响;薄壁金属圆柱管的断裂模式由拉伸和剪切断裂机制起主导作用,其断口为拉剪混合型断口。
  • 图  1  6061铝合金管实物

    Figure  1.  Photo of 6061 aluminum-alloy tube

    图  2  冲击膨胀断裂实验材料及模具

    Figure  2.  Impact expansion fracture test material and mold drawing

    图  3  实验装置示意图

    Figure  3.  Schematic of experimental device

    图  4  冻结回收样品

    Figure  4.  Research directions of freezing recovery sample

    图  5  薄壁圆柱管冲击后宏观形貌

    Figure  5.  Macro-morphology of the thin-walled cylindrical tube

    图  6  冻结回收样品

    Figure  6.  Pictures of freezing recovery sample

    图  7  粗糙的表面形貌半椭圆尖端模型

    Figure  7.  Semi elliptical tip mode of rough surface morphology

    图  8  圆柱管裂纹起始位置及扩展形式

    Figure  8.  Starting positions and Propagation routes of crack on cylinder shells

    图  9  冲击膨胀断裂后断口处金相组织

    Figure  9.  Microstructure of fracture after impact expansion fracture

    图  10  不同表面粗糙度的6061铝合金表面形貌变化

    Figure  10.  Surface morphology changes of 6061 aluminum alloy with different surface roughnesses

    图  11  6061铝合金薄壁圆柱管冲击膨胀断裂后的表面微观形貌

    Figure  11.  Surface micro-morphology of 6061 aluminum alloy after impact expansion fracture of thin-walled cylindrical tube

    图  12  6061铝合金薄壁柱管断口处的微观形貌

    Figure  12.  Microstructure of 6061 aluminum alloy thin-walled cylinder tube

    表  1  6061铝合金主要化学成分

    Table  1.   Chemical composition of 6061 aluminum alloy

    化学元素 Mg Si Fe Cu Cr Zn Mn Ti
    质量分数/% 0.8~1.2 0.4~0.8 0.7 0.15~0.40 0.04~0.35 0.25 0.15 0.15
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    表  2  6061铝合金物理性能参数

    Table  2.   Physical property parameters of 6061 aluminum alloy

    ρ/(g·cm-3) ν 延伸率 Tm/℃ σt/MPa E/GPa
    2.69 0.330 > 10% 582~652 > 205 68.9
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    表  3  薄壁圆柱管实验参数

    Table  3.   Experimental parameters of thin-walled cylindrical tubes

    No. Ra/μm
    1 0.190
    2 0.243
    3 0.278
    4 0.314
    5 0.385
    6 0.414
    7 0.489
    8 0.551
    9 0.689
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-12-20
  • 修回日期:  2017-09-09
  • 刊出日期:  2018-07-25

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