魏氏组织TC17钛合金绝热剪切带(ASB)的组织与织构

利用热模拟试验机对原始组织为魏氏组织的TC17钛合金进行了热压缩试验,采用电子背散射衍射技术(EBSD)研究了不同变形参数对魏氏组织TC17钛合金材料显微组织与结构的影响。结果表明:在700℃以上进行热压缩变形时,魏氏组织TC17钛合金的材料均发生绝热剪切行为,所形成的ASB中心区域组织主要由动态再结晶形成的等轴状β相晶粒和少量α相组成。随变形温度升高,残余α相略有增加,β相晶粒尺寸增大。不同变形参数对于ASB中心区域β相的取向分布影响甚微,在β相中主要形成高斯织构。同时绝热剪切敏感性的研究表明,魏氏组织TC17钛合金具有较高的绝热剪切敏感性,且随变形温度升高,绝热剪切敏感性增强。     

组织及应变率对TC6钛合金绝热剪切敏感性的影响

采用分离式Hopkinson Bar技术对不同热处理工艺的TC6钛合金进行了动态剪切试验,研究了不同组织状态及不同应变率下的绝热剪切敏感性,并进行了金相观察及分析.结果表明:不同组织对TC6钛合金的绝热剪切敏感性有很大的影响,片状组织的绝热剪切敏感性最小,而球状组织的绝热剪切敏感性最高;随着组织中á相的增加,材料的绝热剪切敏感性增加;随着同一类型中晶粒尺寸的减小,材料的绝热剪切敏感性降低;随应变率的提高,TC6钛合金的绝热剪切敏感性也随之增加.     

不同应力状态下TC6钛合金不同组织绝热剪切敏感性研究

采用分离式霍普金森压杆装置,对TC6钛合金不同组织的圆柱试样和帽形试样分别进行应变率为103s-1量级的动态压缩及动态剪切试验,结合力学响应及微观分析研究不同应力状态下TC6钛合金3种典型组织的绝热剪切敏感性。结果表明:在单轴压缩应力状态下,TC6钛合金3种典型组织绝热剪切敏感性从高到低依次为网篮组织、等轴组织、双态组织;在压剪复合应力状态下,3种典型组织在动态剪切时的绝热剪切敏感性从大到小依次为等轴组织、双态组织、网篮组织;应力状态不同,组织绝热剪切敏感性的差异实质上体现了组织在不同应力状态下的塑性变形能力及绝热剪切带在不同组织中扩展的难易程度。     

高应变速率下TC11钛合金动态剪切行为与性能

采用分离式霍普金森压杆（Hopkinson Bar）装置系统,对TC11钛合金进行室温高应变速率（700-2100s^-1）动态剪切试验,通过光学显微镜、显微硬度分析仪、扫描电镜研究了TC11钛合金动态剪切行为、绝热剪切带微观组织与性能。结果表明：TC11钛合金随应变速率的提高绝热剪切敏感性增加;绝热剪切带由过渡区域的变形拉长组织和中间部位的细小晶粒组织组成,具有清晰的剪切变形流线,宽度约为10μm;绝热剪切带内的显微硬度值高于基体组织,是,由应变速率强化和应变强化与热软化相互作用的结果。     

TC6钛合金不同组织绝热剪切带的形成机理

采用分离式Hopkinson Bar技术对TC6钛合金等轴组织及网篮组织试样进行了动态剪切试验,通过光学显微镜、扫描电镜及透射电镜研究了TC6钛合金2种组织绝热剪切带的形成机理.结果表明:由于组织状态不同,其绝热剪切带的形成机理也不同;等轴组织绝热剪切带的形成是位错增殖、运动及塞积的结果,而网篮组织绝热剪切带的形成则是动态再结晶的结果.     

次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响规律

本文研究了冷却速率对双态组织TC4钛合金中次生片层α相宽度的影响,并利用分离式霍普金森压杆,进一步研究了次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响。结果表明：随着冷却速率的降低,次生片层α相宽度随之增宽;在动态压缩实验条件下,双态组织TC4钛合金的动态抗压强度随着次生片层α相宽度的增宽,呈现出逐渐降低的规律,而塑性应变则随着次生片层α相宽度的增宽,呈现出逐渐增加的规律;在强迫剪切实验条件下,双态组织TC4钛合金的绝热剪切敏感性随着次生片层α相宽度的增宽,呈现出逐渐降低的规律,且各双态组织TC4钛合金均随着撞击杆初速的提高,其绝热剪切敏感性增加。结合转变β区体积分数和次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响规律,可知：采用980℃/1h/AC+550℃/4h/AC固溶时效处理,所获得的双态组织TC4钛合金,其转变β区体积分数为80.7%,次生片层α相宽度为1.74μm,具有较好的高强度-低绝热剪切敏感性匹配,综合性能最优。     

Ti-6Al-4V合金绝热剪切敏感性与临界破碎速度关系研究

利用应力塌陷发生的临界应变作为参量对比了Ti-6Al-4V合金的4种典型组织的绝热剪切敏感性,同时利用Taylor杆实验技术测定了其临界破碎速度,分析了钛合金绝热剪切敏感性与临界破碎速度关系.结果表明:不同组织的Ti-6Al-4V合金绝热剪切敏感性存在差异,实验涉及到的4种组织中双态组织最难于发生绝热剪切破坏;在Taylor杆高速冲击条件下,4种不同组织的Ti-6Al-4V合金均由于发生绝热剪切变形而导致破坏,并且临界破碎速度与应力塌陷临界应变成正比.     

片层宽度对TC21钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性影响规律的研究

本文研究了冷却速率对TC21钛合金片层宽度的影响,并通过分离式霍普金森压杆,进一步研究了片层宽度对TC21钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响。结果表明：随着冷却速率的降低,片层组织TC21钛合金的片层宽度由0.57μm增宽到6.49μm;在动态压缩试验条件下,片层组织随着片层宽度增加,其动态强度降低,而塑性应变呈现出相反的规律;在强迫剪切试验条件下,片层组织随着片层宽度增加,其绝热剪切敏感性降低,而随着撞击杆初速的提高,各组织绝热剪切敏感性提高。     

TC6钛合金绝热剪切带不同发展阶段的精细结构

采用分离式Hopkinson Bar技术对TC6钛合金进行动态剪切试验,通过光学显微镜、扫描电镜及透射电镜研究Tc6钛合金绝热剪切带不同发展阶段的精细结构及其形成机制.结果表明:在高应变率下,材料绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程,Tc6钛合金绝热剪切带在不同发展阶段的精细结构有很大的不同,从萌生到完全发展,塑性变形剧烈程度逐渐增大,位错在TC6钛合金绝热剪切带的形成中起到非常重要的作用.     

TC6钛合金动态压缩变形中“应力塌陷”的形成原因

采用分离式Hopkinson Bar技术和一种新型的中断动态试验方法对TC6钛合金进行了动态压缩试验,通过光学显微镜、扫描电子显微镜分析了TC6钛合金变形到不同应变量时所产生绝热剪切带的微观形貌,通过与宏观力学响应相对应,研究了TC6钛合金在动态压缩变形中,绝热剪切带的形成过程及造成应力快速下降的原因。结果表明:在高应变率下,材料绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程;在应变率为2.5×10~3s~(-1)的动态压缩过程中,"应力塌陷"现象是由于材料内产生了大于一定尺寸的微裂纹所致。     

TC18钛合金绝热剪切带晶粒细化机制

采用分离式霍普金森压杆,对TC18钛合金试样进行室温高应变率(103s-1)剪切试验,通过光学显微镜、扫描电镜及透射电镜观察绝热剪切带微结构,研究高应变率变形条件下TC18钛合金中所形成绝热剪切带的晶粒细化机制。TEM观察表明:绝热剪切带中晶粒细化是由3种机制共同作用的结果。第1种机制是由于变形晶粒中位错快速增殖、快速运动、塞积,塞积处产生巨大应力集中,导致形成裂纹并最终断裂形成细小晶粒;第2种机制为本研究提出的细小晶粒由拉长晶粒的"内颈缩"方式形成;第3种机制——细小晶粒由动态再结晶形成。     

TC6钛合金动态断裂机制

采用分离式Hopkinson Bar系统,对双态组织的TC6钛合金帽形试样进行动态力学试验,研究其动态断裂失效机制。结果表明:双态组织TC6钛合金在动态下变形时,其断裂常与绝热剪切带相联系,且断裂由微孔洞形核、孔洞长大形成微裂纹、微裂纹长大扩展形成宏观断裂3个过程组成。     

TC6钛合金高温准静态与室温动态变形条件下微结构演化对比

采用gleeble-1500热模拟试验机及分离式霍普金森压杆技术,对TC6钛合金试样进行高温准静态(0.01s-1)压缩试验及室温高应变率(103s-1)剪切试验,通过光学显微镜及透射电镜对比研究2种变形条件下材料微结构演化特点。结果表明:在2种变形条件下材料微结构演化显著不同。在高温准静态条件下变形时,TC6钛合金微结构演化经历了4个阶段:等轴状α相变形为板条状→板条状α相断裂,同时出现动态再结晶晶粒→动态再结晶晶粒长大→发生α/β相变;在高应变率加载条件下变形时,TC6钛合金微结构演化经历了3个阶段:等轴状α相变形为板条状→位错的快速运动,板条状α相变形为更为细长狭窄的长条状→长条状α相断裂,同时出现少量动态再结晶晶粒;在2种变形条件下,TC6钛合金均发生了动态再结晶,但高温准静态下,动态再结晶晶粒较多且发生长大,尺寸为3～5μm,而高应变率加载条件下形成的动态再结晶晶粒较少且没有长大,尺寸为0.1～0.2μm。     

Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si钛合金绝热剪切带的微观结构演化

采用分离式Hopkinson压杆技术对Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si钛合金的帽形试样进行了强迫剪切试验,通过扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)研究了Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si钛合金在动态加载下绝热剪切带的微观结构演化.结果表明:Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si钛合金由于其组织以bee晶格的a相为主,具有较好的变形能力,因此其绝热剪切带的形成是位错运动的结果;剪切带的微观结构演化过程为:晶粒在外加切应力作用下拉长变形一拉长晶粒的破碎-形成呈一定方向排列的细小等轴晶:带内形成的细小等轴晶尺寸为O.2～0.4ìm.     

TC4合金绝热剪切动态演变过程数值模拟研究

对TC4合金强迫剪切过程进行了数值模拟,获得了绝热剪切过程中变形局域化区域内的von-Mises应力、有效塑性应变以及温度的分布规律。通过分析发现：大量应变集中于帽形试样变形局域化区域内,且在试样两拐角处最大;变形局域化区域内温度明显高于基体温度,且在试样两拐角处最高。结果表明,绝热剪切带内温度达到了TC4合金的再结晶温度,这为TC4合金绝热剪切带内微观组织变形机制的研究提供了依据