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

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相宽度随之增加;在动态压缩实验条件下,合金的动态抗压强度随着次生片层α相宽度的增加,呈现逐渐降低的规律,而塑性应变则随着次生片层α相宽度的增加,呈现出逐渐增加的规律;在强迫剪切实验条件下,合金的绝热剪切敏感性随着次生片层α相宽度的增加,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。     

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。     

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规律

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,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,每种片层组织的绝热剪切敏感性均提高。     

转变β区体积分数对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响规律

研究了固溶温度对双态组织TC4钛合金中转变β区体积分数的影响,并利用分离式霍普金森压杆,进一步研究了转变β区体积分数对双态组织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:随着固溶温度的升高,转变β区的体积分数随之增加;在动态压缩实验条件下,合金的动态抗压强度随着转变β区体积分数的增加,呈现出先升高后降低的规律,且在转变β区体积分数为80.7%时出现最大值,而塑性应变则随着转变β区体积分数的增加,呈现出依次降低的规律;在强迫剪切实验条件下,合金的绝热剪切敏感性随着转变β区体积分数的增加,呈现出先降低后升高的规律,且在转变β区体积分数为80.7%时出现最低值;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。     

应力状态对Ti-6Al-4V绝热剪切敏感性的影响

采用分离式Hopkinson压杆技术对双态组织和片层组织Ti-6Al-4V进行了圆柱试样和帽形试样的冲击试验,对比了单轴压缩和压剪复合2种不同应力状态下2种组织钛合金的绝热剪切敏感性差异.结果表明:在单轴压缩状态下片层组织的绝热剪切敏感性要高于双态组织,而在压剪复合应力状态下其绝热剪切敏感性要低于双态组织,即应力状态对材料的绝热剪切敏感性影响显著.     

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。     

TC6钛合金变形组织不同取向绝热剪切敏感性研究

利用分离式Hopkinson Bar技术,对α+β双相钛合金TC6锻态变形组织不同取向圆柱试样进行动态压缩试验,结合力学响应及微观分析方法,研究TC6钛合金变形组织不同取向的绝热剪切敏感性。结果表明:TC6钛合金变形组织不同取向的绝热剪切敏感性不同,具有显著的各向异性特点,法向(ND)具有最高的绝热剪切敏感性,RD方向具有最小的绝热剪切敏感性。3种不同取向的绝热剪切敏感性差异主要是由于变形过程中各取向所产生的热软化效应不同所致。     

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。     

TC21钛合金动态力学性能和抗弹性能的研究

采用分离式霍普金森压杆和终点弹道实验装置,研究了α+β区和β区锻造的TC21钛合金的动态力学性能和抗弹性能。结果表明:在动态压缩试验条件下,α+β区锻造的TC21钛合金较之β区锻造的TC21钛合金具有更高的动态强度,而β区锻造的TC21钛合金的临界断裂应变更大,具有更好的动态塑性变形能力;在12.7 mm穿甲弹侵彻条件下,无论是α+β区还是β区锻造的TC21钛合金靶板的抗弹性能均与TC4钛合金靶板的抗弹性能相近,这可能是由于TC21钛合金和TC4钛合金靶板都易于发生绝热剪切破坏所导致。α+β区锻造的双态组织靶板的损伤模式为塑性扩孔导致的背部崩落破坏模式,β区锻造的片层组织靶板的损伤模式为脆性破碎模式;2种组织靶板的失效破坏均为绝热剪切带和其诱发的裂纹所导致。     

不同组织Ti6321合金的绝热剪切行为研究

通过热处理获得等轴组织、双态组织和魏氏组织的Ti6321合金,研究不同组织的Ti6321合金在动态压缩下的绝热剪切行为。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对帽形试样进行强迫剪切加载,结合扫描电子显微镜和金相显微镜,对其绝热剪切带和微观组织演化进行观察和分析。结果表明:Ti6321合金的绝热剪切敏感性与其组织密切相关,魏氏组织具有最高的绝热剪切敏感性,等轴组织与双态组织的绝热剪切敏感性接近。随着热处理温度的升高,双态组织的Ti6321合金初生α相含量降低,绝热剪切敏感性增大。冲击速度也会对Ti6321合金的绝热剪切行为产生较大影响,随着冲击速度提高,其绝热剪切敏感性提高。     

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.     

三重热处理对热变形后TC4-DT合金微观组织的影响

TC4-DT钛合金经高温恒应变速率变形后,进行三重热处理,具体工艺为:(920~960℃)×1 h水冷(WQ)+(880~920)℃×1h WQ+820℃×1.5 h空冷(AC),观察热处理后的微观组织。结果表明:TC4-DT钛合金950℃变形后,第一重热处理温度越高,初生等轴α相含量越少,在温度为920℃时由等轴α相、针状α'相及β基体组成,960℃时等轴α相完全消失;第二重热处理中,初生α相有减少的趋势,温度越高,减少越快。第二重热处理温度对次生条状α相含量及最终形态也有影响,当二重热温度为920℃时得到的条状α组织更为粗大;经过第三重热处理,条状α相的间距均匀,在条状一次次生α相之间分布有更加细小的二次次生α相。因而采用不同条件的多重热处理制度可以调节材料的微观组织,包括次生α的长度、宽度及次生α片层的数量等,从而可以优化TC4-DT钛合金的微观组织。TC4-DT钛合金950℃高温变形后,经960℃×1 h WQ+880℃×1 h WQ+820℃×1.5 h AC热处理,得到细小均匀的网篮组织;经940℃×1 h WQ+920℃×1 h WQ+820℃×1.5 h AC热处理,得到双态组织。     

电脉冲热处理对网篮组织热轧TC4力学性能和绝热剪切特性的影响

利用SPS设备对网篮组织热轧TC4进行电脉冲热处理,研究了电脉冲热处理对TC4力学性能和绝热剪切特性的影响。结果表明,电脉冲热处理对TC4的静态压缩强度、塑性和动态压缩屈服强度无明显影响,对TC4的绝热剪切临界破坏应变和绝热剪切破坏前材料的单位体积吸收功有显著影响,经900℃热处理后,TC4的绝热剪切临界破坏应变和单位体积吸收功均达到最大值,与未热处理的热轧TC4相比分别提高了57%和42%,表明TC4的绝热剪切敏感性显著降低。微观分析表明,电脉冲处理可调节TC4的原始β晶粒尺寸、集束尺寸和板条宽度等细节组织特征,经900℃电脉冲热处理后,热轧TC4的原始β晶粒尺寸显著细化,β转变组织集束尺寸增大,α板条宽度保持不变。     

电脉冲短时热处理对等轴组织热轧TC4组织转变和绝热剪切特性的影响

研究了不同温度及保温时间电脉冲热处理对等轴组织热轧TC4钛合金微观组织和力学性能的影响。研究发现,电脉冲热处理能在5 min内将材料的原始等轴组织转变成魏氏组织,且温度越高,组织转变所需的时间越短;在组织转变前,原始热轧组织发生了一定程度的再结晶,转变成魏氏组织后晶粒随着温度的升高及保温时间的延长而长大。电脉冲热处理后的材料其准静态压缩塑性和动态压缩塑性均显著提高,绝热剪切敏感性显著降低,且随着热处理温度的升高及保温时间的延长,材料的准静态和动态压缩塑性呈现下降的趋势。经过1000℃/5 min电脉冲处理的钛合金综合力学性能最好,与原始热轧TC4钛合金相比,绝热剪切临界破坏应变提高了133%,绝热剪切破坏的临界单位体积吸收功提高了192%。     

热处理工艺参数对TC4+TC17线性摩擦焊接头微观组织的影响

在前期焊接试验参数优化基础上,对TC4+TC17钛合金进行线性摩擦焊,焊后进行不同温度的热处理,并利用光学显微镜、扫描电镜等对不同状态接头组织进行对比分析。结果表明,焊态下接头焊缝为典型动态再结晶组织,热力影响区由于热输入较小,以变形组织为主。585℃×3h热处理后焊缝TC4侧形成弥散的α+β相,细小的针状α相从亚稳态β相析出。热力影响区变形的α相在长度和宽度方向都长大,相界较焊态下更清晰;TC17侧形成细小片层状α相、针状次生α相和β相,次生针状α相沿初生α相析出。热力影响区亚稳β相分解,析出针状次生α相;热处理温度升高到685℃,接头组织的析出相长大粗化,组织趋于稳定。     

不同原始组织TC6钛合金高温变形微结构演化及其力学性能

采用gleeble-1500热模拟试验机和Hopkinson压杆,对具有4种典型组织的TC6钛合金分别进行了高温准静态压缩和室温动态压缩试验,结合TEM观察,研究了不同原始组织的TC6钛合金高温变形微结构演化及其力学性能。结果表明:具有4种典型组织的TC6钛合金高温变形时随温度升高微结构的演化可分为等轴型组织演化和网篮型组织演化,前者演化过程为:等轴α相的拉长变形—动态再结晶—动态再结晶晶粒长大—α/β相变;后者演化过程为:板条状α相弯曲变形—板条状α相断裂—动态再结晶—动态再结晶晶粒长大—α/β相变,板条状α相变成短棒状。位错活动及动态再结晶是控制4种组织的TC6合金在高温变形过程中组织演化和力学性能的重要因素;网篮组织晶界众多,位错运动障碍较多,在高温下具有较其余3种组织更高的流变应力;等轴组织α相晶粒较大,位错运动障碍较少,其流变应力在4种组织中最低;双态组织、固溶时效组织的流变应力介于等轴组织与网篮组织之间。4种组织的TC6钛合金的室温动态力学性能均对应变率较敏感。4种组织的TC6钛合金在室温及应变率为2500～4000s-1动态压缩条件下,塑性由大到小依次为:等轴组织、双态组织、固溶时效组织和网篮组织,流变应力由大到小依次为:固溶时效组织、双态组织、网篮组织和等轴组织。     

电脉冲热处理对网篮组织热轧TC4合金力学性能和绝热剪切特性的影响

利用SPS设备对网篮组织的热轧TC4合金进行电脉冲热处理,研究了电脉冲热处理对TC4合金力学性能和绝热剪切特性的影响。结果表明,电脉冲热处理对TC4合金的静态压缩强度、塑性和动态压缩屈服强度无明显影响,对TC4合金的绝热剪切临界破坏应变和绝热剪切破坏前材料的单位体积吸收功有显著影响。经900℃热处理后,TC4合金的绝热剪切临界破坏应变和单位体积吸收功均达到最大值,与未经热处理的热轧TC4合金相比分别提高了57%和42%,表明TC4合金的绝热剪切敏感性显著降低。微观分析表明,电脉冲热处理可调节TC4合金的原始β晶粒尺寸、集束尺寸和板条宽度等细节组织特征,经900℃电脉冲热处理后,热轧TC4合金的原始β晶粒尺寸显著细化,β转变组织集束尺寸增大,α板条宽度保持不变。     

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。     

微观组织对Ti-6Al-4V-4Zr-1.5Mo合金绝热剪切敏感性的影响

对锻造态Ti-6Al-4V-4Zr-1.5Mo合金采用不同的热处理工艺得到等轴、双态和网篮3种组织。使用分离式Hopkinson Bar技术对3种组织的试样进行动态剪切试验,研究了不同微观组织对该合金绝热剪切敏感性的影响。结果表明:当加载条件高于其临界应变率时,不同组织试样的承载时间均随着应变率的提高而降低;微观组织对该合金的绝热剪切敏感性影响较大,网篮组织绝热剪切敏感性最低,双态组织绝热剪切敏感性最高;双态组织剪切带附近基体相界处出现微裂纹,是造成其易于发生剪切破坏的主要原因。     

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。