摘要材料在复杂的服役环境中可能受到各种不同载荷的作用，对材料在不同加载条件下力学行为的研究是完善材料开发、应用以及进行新材料及结构设计的基础。

目前，国内对7005 铝合金的研究尚处于初级阶段，对于这类新型高性能铝合金在动态加载条件下的力学行为研究仍然十分匮乏。

另外，作为目前研究材料动态力学行为最为常用的实验设备——分离式霍普金森压杆（SHPB）和分离式霍普金森拉杆（SHTB）。

本实验研究热处理之后的七系铝合金的动态力学性能。

首先对7005铝合金分别进行固溶，时效，回归，再时效等不同的热处理工艺在动态应变下力学行为和响应，采用分离式Hopkinson 压杆装置对7005 铝合金试件分别进行动态压缩，利用光学显微镜对压缩后试件进行了微观组织观察。

最后结论发现试件在固溶时效。

回归温度180℃升温10min保温30min 时在应变为0.013 时才到达应力123.6MPa。

（应力随应变变化的最快，但是达到的最大应力在所有试验中时最小的）。

关键词动态加载; 分离式霍普金森压杆; 七系铝合金; 微观组织AbstractMaterials will be subjected by various loads in complicated application environment; so,studying the mechanical properties of the materials under different loading conditions is the basis for application and design of the materials. At present, the research on 7005 aluminum alloy is just at the starting stage in China, and the research on the mechanical behaviors of 7005 aluminum alloy under different loading conditions is still very scarce. Meanwhile, the split Hopkinson pressure bar (SHPB) and the split Hopkinson tensile bar (SHTB) are the most commonly used test equipments of dynamic mechanics. The dynamic mechanical properties of the seven-series aluminum alloy after heat treatment were studied. Firstly, 7005 aluminum alloy was subjected to different heat treatment processes, such as solid solution, aging, regression and re-aging, respectively. Under dynamic strain, the 7005 aluminum alloy specimens were dynamically compressed by separate Hopkinson bar, The microstructures were observed after compression. Finally, the specimen in solid solution, and the regression temperature 180 ℃（Warming up for ten minutes Hold for ten minutes）shows that the stress reaches 123.6MPa when the strain is 0.013 . (Stress is the fastest change with strain, but the maximum stress reached is the smallest in all trials).Key words dynamic loading; separate Hopkinson pressure bar; 7××× aluminum alloy; microstructure目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 铝元素简介 (3)1.2.1 一系到六系铝合金简介 (3)1.2.2 七系铝合金发展概述 (4)1.3 铝合金的热处理工艺 (4)1.3.1 铝合金固溶工艺 (5)1.3.2 铝合金时效工艺 (5)1.3.3 热处理时的沉淀顺序 (7)1.4 铝合金显微组织 (7)1.4.1 7xxx系铝合金显微表征技术 (7)1.4.2 7 xxx系铝合金缺陷及研究方向 (8)1.5 霍普金森杆技术综述 (8)1.5.1 霍普金森杆装置的构造 (8)1.5.2 霍普金森杆装置实验的原理 (9)1.5.3 霍普金森杆实验的要求 (9)1.5.4 霍普金森杆的国内外研究现状 (10)1.6 7xxx系铝合金动态力学性能研究的意义 (11)2 实验部分 (12)2.1实验材料的准备 (12)2.2 7005铝合金的热处理 (12)2.2.1固溶处理 (13)2.2.2回归再时效处理 (13)2.3 试件霍普金森杆实验 (14)2.3.1 实验材料的准备 (14)2.3.2 实验装置的连接 (14)2.3.3 应变片的粘贴与连接 (14)2.3.4 计算机上调试软件 (16)2.3.5 冲击试样和操作时注意事项 (18)2.4 波形分析的计算机操作 (18)2.4.1 波形的预处理 (18)2.4.2 软件分析波形 (19)2.5 切试件磨金相 (20)3 分析与讨论 (21)3.1 流动应力分析 (21)3.1.1 固溶和时效对动态力学性能的影响 (21)3.1.4回归180℃对动态力学性能的影响 (24)3.2 微观组织分析 (25)4 结论 (29)5 致谢 (30)参考文献 (31)附录A (33)附录B (40)1 绪论1.1 课题研究背景材料的力学性能是十分复杂的,它依赖于许多因素。

不仅与材料本身的内部构造有关,而且与外部加载条件如加载速率、加载的大小有关。

同时还受加载时的环境因素如温度、湿度以及围压等的影响。

其中加载速率的影响是很重要的,许多材料在动态加载作用下的响应行为,与其在静态加载条件下的响应行为相差很大。

不同的实验装置用于研究材料在不同应变率下的力学性能。

以研究材料的压缩力学性能为例,液压伺服式材料试验机可以提供100一S-1以下应变率的准静态加载条件。

落锤压缩实验技术具有在中等应变率(100一102, S-1)条件下产生高加载的能力。

分离式HoPkisnonn压杆实验技术被认为是获得材料在102一104S-1了高应变率范围内应力应变关系的最主要实验手段[1]。

轻气炮加载和平面波发生器可以获得了104 S-1以上超高应变率的动态加载。

分离式HoPkisnon压杆实验技术填补了准静态加载与超高应变率加载之间的部分空缺应变率范围,这个范围恰好包括了流动应力随应变率变化发生转折的应变率。

因此,分离式Hopkisnon压杆实验技术已经成为研究材料动态压缩力学性能一个最基本的实验手段[2]。

霍普金森压杆的雏形是在1914年由HoPkisnon提出来的,当初只能够用来测量冲击载荷下的脉冲波形。

1949年Kolsky对该装置进行了改进,将压杆分成两截,试件置于其中,从而使这一装置可以用于测量材料在冲击荷载下的应力应变关系。

由于这一装置采用了分离式结构,因而被称为分离式Hopkinson压杆,简称SHPB(splitHopkinsonPressureBar)[3]。

SHPB实验技术的核心是两个基本假定,即:一维性假定和均匀性假定。

根据一维性假定,可以通过一维弹性波理论推导出实验材料的应力一应变一应变率关系的基本公式;根据均匀性假定,可以进一步简化这一基本公式。

在最初的二十年里,人们围绕这项实验技术的两个基本前提:一维应力波的传播和试样处于均匀的受力和变形状态,进行了较为全面的研究论证,建立了有关试样的设计原则和数据处理的修正方法。

Dva15E.D.等综合考虑均匀性假定、惯性效应和摩擦效应的影响,认为SHPB实验中试样的最佳长径比(试样厚度与直径之比)应为0.5[4]。

BerhtolfL.D.针对有限长弹性杆中弹性波的传播进行了二维数值分析,并对实验结果进行了数值修正。

由于过去研究的材料大多为金属等内部组织很均匀的材料,以上两个基本假定还是比较容易满足的。

然而,目前我们更需要研究的是一些比较特殊的材料。

如岩石、装甲陶瓷等破坏应变很小的脆性材料;泡沫塑料、硅橡胶等波阻抗很低的软材料;以及不仅脆而且内部组分复杂、均匀性极差的混凝土材料等等。

利用传统的SHPB实验技术来研究这些材料的动态力学性能时将会遇到许多棘手的问题。

首要的问题是实验中均匀性假定是否仍然成立。

周风华等曾就这一问题做过专门的讨论[5],并将这种不均匀性分为“时间不均匀性”和“空间不均匀性”,提出了简单时间平移法及三波法计算公式。

刘剑飞等在此基础上,针对多孔介质进一步提出了不均匀时间平移法及相应的三波计算公式。

宋博等又将其发展为既适用于多孔介质,又适用于一般材料的解藕的数据处理方法。

然而,这类修正方法通常给数据处理带来相当的复杂性,而且还可能引起新的误差。

因此,如果使用SHPB实验技术测试材料高应变率下的动态压缩力学性能,应该首先从实验技术上加以改进,使之满足其前提条件。

其次,在以往的SHPB实验中对试样的常应变率加载问题也一直未能引起足够的关注。

应变率是界定材料动态性能的一个关键参量。

aSmanta5.K.[6]等的研究表明,常应变率状态还是防止二维效应的一个重要条件(另一个条件就是合理的试样尺寸)。

反射波反映了试样中应变率的状态,平的反射波形意味着常应变率加载,对应的应变时程曲线呈线性变化。

传统的SHPB技术采用直接加载,入射波形是一不可调的方波,反射波的波形受入射波和透射波的制约,也是不可调的。

因此很难有效地控制加载过程的应变率情况,尤其是获得常应变率状态。

另外,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对一些软材料进行测试时,由于软材料的波阻抗很低,约比压杆的波阻抗小2个量级。

因此进入输出杆中的透射波远小于入射波的幅值,与外界的干扰信号处于同一个量级,此时已经无法采用常规的电阻应变片来进行测量。