样品粗糙度对材料SHPB动态压缩性能的影响

摘要

有效消减样品端面摩擦力是保证分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验结果有效性和准确性的必要条件。为了研究样品粗糙度和润滑效果对端面摩擦力和最终实验结果的影响,以应变率效应不敏感且性能稳定的紫铜为研究对象,通过机械加工配合酸蚀的方法制备了3种典型表面粗糙度的紫铜样品,分别在二硫化钼(MoS_(2))充分润滑和完全不润滑的条件下各自开展高精度的SHPB重复动态压缩实验研究。结果表明,通常认为能够有效消减金属样品端面摩擦力的MoS_(2)仅能够在样品粗糙度不大于0.8μm的情况下起到较好的润滑效果,随着紫铜样品粗糙度的增加,MoS_(2)的润滑效果不断降低,端面摩擦力不断增大,实验结果的分散性也显著增加。样品端面粗糙度为1.6μm时,MoS_(2)已不能有效消减端面摩擦力;样品端面粗糙度达到3.2μm时,MoS_(2)的润滑效果几乎为零。SHPB实验中使用MoS_(2)润滑金属样品时,压杆和样品实验端面的粗糙度需达到0.8μm;腐蚀液处理后的金属样品外表面粗糙度难以达到0.8μm,实验过程中需对样品端面进行比MoS_(2)润滑效果更好的润滑处理,或对实验结果进行扣除端面摩擦力的修正才能够保证实验结果的有效性和准确性。