原标题：增材制造镁合金在高应变率与高温条件下的压缩响应：实验与建模（Compressive responses of an additively manufactured magnesium alloy at elevated strain rates and temperatures: Experiments and modeling）

导读

研究了通过等离子弧增材制造（WPAAM）制备的AZ31镁合金在宽应变率和温度范围内的压缩响应。断裂强度和断裂应变均随应变速率呈对数增长，而屈服应力和峰值应力随温度升高呈幂律下降。与压缩和二次孪晶行为相反，拉伸孪晶在动态载荷下增强，但在高温下受到抑制。增强的延伸孪晶强化了基底织构，促进了非基底滑移和动态再结晶，从而提高了延展性，防止了绝热剪切带的形成。开发了一种新的本构模型，结合了应变硬化、应变率强化和热软化之间的耦合效应。经有限元模拟验证，该模型具有很好的预测能力。

镁合金具有比强度高、力学性能优异、生物相容性好等特点，在航空航天、汽车、医疗等领域有着广阔的应用前景。增材制造（AM）已经成为包括镁合金在内的金属材料的新技术。通过LBPF如选择性激光熔化（SLM）的镁合金显示出高强度但延展性差。电弧增材制造（WAAM）已逐渐应用于镁合金制造，表现出高成形效率和安全性。然而，镁基结构在使用期间需经受极端载荷条件。进一步研究高温高应变率下AM镁合金的动态力学行为对于安全性评估和结构设计优化具有重要意义。目前，对AM镁合金的机械性能的研究主要集中在准静态拉伸，高温高应变率下的力学行为、变形和断裂机理尚未充分探索。

基于此，宁波大学黄俊宇教授团队对WPAAM镁合金进行了大应变率下的压缩和高温实验，用高速摄影和DIC测量了应变场，用扫描式电镜（SEM）对试样进行了显微组织表征，在代表性的应变速率和温度下对回收的样品进行EBSD和金相分析。对力学性能和变形/断裂机制的应变速率效应，分别从应力-应变曲线和显微组织表征中量化。此外，提出一个新本构模型来描述镁合金的速率和温度依赖行为，并通过有限元模拟进行验证。以此完善对WPAAM镁合金的全面研究。

随着应变率从0.001～5580 s-1增加，镁合金的屈服强度变化不大，而断裂强度和断裂应变分别以对数线性和幂律形式增长。由于变形孪晶，应变硬化率出现呈现驼峰，其幅度和范围随着应变率的增加而增加。此外，随着温度的升高，动态流动应力显著下降。在介观尺度下，镁合金试样在动态和准静态载荷下都表现出超过临界应变的剪切变形带。动态剪切变形带的起始时间较晚，发展为剪切裂纹的速度较慢。

动态孪晶密度明显高于准静态孪晶密度，这主要是由于拉伸孪晶的明显激活。相比之下，在动态载荷下几乎不可见的接触和双孪晶与准静态载荷下的拉伸孪晶的比例相似。较高的拉伸孪晶量有助于在动态载荷下获得更大的应变硬化率，同时具有更强的基面织构，这阻碍了基面滑移，但在后期变形阶段促进了柱面和锥面的滑移。随着载荷的增加，变形孪晶减少，非基面滑移接管塑性变形，导致明显的动态再结晶。断裂表面显示出一致的特征：在准静态载荷下，解理断裂主导了镁合金的微观损伤，而在动态载荷下，则是解理和（延性）剪切断裂的混合模式。此外，在两种加载条件下，应变诱导的锌聚集都会导致镁枝晶的形成。

为等离子弧增材制造AZ31镁合金构建了一个改进的J-C本构模型，该模与试验测量结果一致。通过使用子程序，该模型可以高精度地预测镁合金的压缩剪切响应。

本文转载自：《特种铸造及有色合金》