6063铝合金板材锯齿形屈服行为的研究(续)

孙萍，刘程，王辉，王克廷

(合肥工业大学材料科学与工程学院， 安徽 合肥 230009)

图4 不同变形速度下再加载时间的概率统计

再加载时间体现为应力上升的过程。位错群在障碍处被钉扎、等待再次被激活的时间则被定义为等待时间tw。在等待过程中由于动态应变时效，要克服额外的钉扎所需的应力增加。等待时间越长，再加载时间也越长[9]。从宏观角度看，随着变形速度的增大，应力应变曲线锯齿阶段的周期就越小，相应的再加载时间也就越小，且再加载时间的数目也随之减少。从微观角度看，由于变形速度的增大即加载应变速率大，则作用在可动位错上的外加有效应力就大，从而可动位错的平均运动速率就快，可动位错在障碍前的等待时间就短，即再加载时间短。

2.3 跌落时间的概率统计

不同变形速度下跌落时间的概率分布如图5所示。从图5可以看出，当变形速度为1mm/min时，再加载时间在0.666s处的概率分布最大；当变形速度为2mm/min时，再加载时间在0.5s处的概率分布最大；当变形速度为3mm/min时，再加载时间在0.33s处的概率分布最大；当变形速度为5mm/min时，再加载时间在0.167s处的概率分布最大。综上所述，随着变形速度的增大，跌落时间逐渐减小，跌落时间的个数也逐渐减少。跌落时间随着变形速度的增加变得越来越稀疏，随机性越来越大。

图5 不同变形速度下跌落时间的概率统计

在动态应变时效过程中，当位错群克服短程障碍时单个位错会进入短暂的“自由飞行” 阶段(由于可动位错的运动速度非常快，故通常称之为 “飞行” ) 。飞行过程时间长度被称为飞行时间。在一定程度上，可以认为跌落时间是飞行时间的宏观度量[9]。从宏观角度看，是因为拉伸速度逐渐变快导致应力应变曲线锯齿阶段的周期变小，相应的跌落时间也变小。从微观角度看，由于拉伸速度的增大，则作用在可动位错上的外加有效应力就大，从而可动位错的平均运动速率就快，单个位错进入短暂“自由飞行”的时间就短，即跌落时间短。

由再加载时间和跌落时间的概率分布图及分析知，再加载时间和跌落时间的概率分布很相似。当变形速度为1mm/min时，0.666s处的概率分布都最大；当变形速度为2mm/min时，0.5s处的概率分布都最大；当变形速度为3mm/min时，0.33s处的概率分布都最大；当变形速度为5mm/min时，0.167s处的概率分布都最大。

3 锯齿形屈服效应对材料力学性能的影响

图6为不同变形速度下6063铝合金板材抗拉强度、屈服强度和延伸率的变化曲线。可以看出，随着拉伸速度的增大，抗拉强度、屈服强度和延伸率均先快速增大后缓慢减小，之后逐渐趋于稳定，在V2时达到最大值。

综合以上应力跌幅、再加载时间、跌落时间随变形速度的变化规律可以看出，当变形速度为2mm/min时，应力跌幅及其个数相对较小，再加载时间和跌落时间都集中分布在5s之内。此时锯齿形屈服效应发生时，溶质原子的扩散率和可动位错的运动速率相当，可动位错被林位错和溶质原子气团等障碍阻拦时的时效完全，动态应变时效的作用相对就强，产生较小的应力波动，表现为弱的锯齿形屈服效应，此时板材表现出较好的力学性能。可见，实际生产过程中为减少铝合金板材成形过程中的锯齿形屈服行为，提高材料的成形性能，在不影响生产效率的前提下调整适合的冲压速率是有一定作用的。

图6 主要力学性能与变形速度的关系

4 结论

本文从6063铝合金板材室温下不同拉伸速度的实验出发，系统地研究了其室温力学性能及锯齿形屈服行为(应力跌幅、跌落时间、再加载时间)这些特征量随变形速度的变化规律。

(1)随着变形速度的增大，应力跌幅逐渐减小，应力跌幅个数随变形速度的变化却没有很好的规律性，但在所有变形速度下，小幅值的应力跌幅占的比重都很大，且应力跌幅为0.03MPa时的个数均最多；

(2)再加载时间和跌落时间的概率分布很相似。随着变形速度的增大，再加载时间及其个数、跌落时间及其个数都逐渐减少；随着变形速度的增大，图像都变得越来越稀疏，随机性越来越大；

(3)在拉伸速度为2mm/min时，6063铝合金板材的室温力学性能指标达到最大。此时，6063铝合金板材的抗拉强度为89MPa，屈服强度为45MPa，延伸率为44.4%。

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