高温、高应变率下Ti6321合金的力学行为及本构模型

为了研究Ti6321合金在高温、高应变率下的力学行为,采用分离式霍普金森压杆装置对Ti6321合金进行室温(25℃)和高温(200、400、600℃)动态压缩试验,对其在高温和高应变率下的力学性能、应变率敏感性和温度敏感性进行了研究。采用聚类全局优化算法构建了双态组织Ti6321合金在103s-1下的Johnson-Cook本构模型。结果表明,双态组织Ti6321合金在室温和高温下均存在应变率硬化效应,但试验温度对流变应力的影响比应变率的影响更大。随着压缩试验温度升高,流变应力显著降低,温度敏感因子升高。Johnson-Cook模型拟合的曲线与实验曲线吻合良好,可以用于Ti6321合金高应变率下的力学仿真计算。     

热处理制度对7039铝合金冲击性能及组织的影响

将7039铝合金热轧板材在470℃/2 h条件下固溶后,分别进行T6处理、T73处理以及RRA处理.利用Hopkinson压杆技术对3种热处理态的7039铝合金进行冲击压缩实验,用光学显微镜和透射电镜对冲击后的试样进行组织观察,分析热处理制度对合金动态应力-应变行为和微观组织的影响.结果表明:经T6处理的7039铝合金在高速冲击加载时的绝热剪切敏感性明显低于T73和RRA处理的合金,经RRA处理的合金绝热剪切敏感性最大;不同热处珲状态的合金在应变率为3 000 s-1时,组织中均产生绝热剪切带以及变形带;合金在高速冲击加载过程中产生的绝热剪切带内部组织主要是一种强同复组织.     

细晶钨合金的绝热剪切敏感性

采用粉末冶金法制备平均晶粒度<5μm细晶90W-Ni-Fe含金.利用HOPKINSON压杆装置,分别在0.9 MPa和1.4 MPa的冲击气压条件下对该合金进行一维应力冲击实验,并对冲击后的样品进行金相组织观测,考察其在一维应力冲击条件下的绝热剪切性能,分析细晶钨合金的绝热剪切敏感性.研究表明:晶粒细化有助于绝热剪切带的扩展,可以提高钨合金绝热剪切敏感性,使得烧结态细晶钨合金在一维冲击应力加载条件下就可以产生绝热剪切带.随着冲击(加载)气压的加大,绝热剪切现象更明显,冲击气压为1.4 MPa时剪切带宽度约为10μm,从而有助于材料在动态压缩条件下产生绝热剪切破坏,提高材料在穿甲过程中的"自锐"能力.     

不同温度下Ti6321合金的拉伸行为及塑性变形机制

为了研究Ti6321合金在不同温度下的服役性能及其塑性变形机制,在–196～400℃下对其进行拉伸性能测试并对断口形貌和显微组织进行分析。结果表明,随着温度的升高屈服强度和抗拉强度逐渐降低,屈强差和断面收缩率逐渐增大;延伸率在–100℃降至16.0%,之后随着温度的升高而升高。不同温度下Ti6321合金的塑性变形机制有所不同。25℃下Ti6321合金塑性变形机制主要为柱面滑移。–196℃下Ti6321合金的位错滑移受到抑制,此时等轴α相滑移类型为柱面滑移、一级锥面和滑移,片层α相滑移类型为基面滑移和二级锥面滑移;但{1012}和{1122}孪晶开动使塑性得到恢复,变形机制为滑移、孪生共存,以滑移为主。200℃和400℃下Ti6321合金位错交互作用强烈,可发现位错网等位错组态特征,同时有少量{1012}孪晶开动,变形机制主要为位错滑移。等轴α相与片层α相中的滑移类型相同,为柱面滑移和二级锥面滑移。     

热处理对CMT电弧熔丝增材制造Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金显微组织和力学性能的影响

采用基于冷金属过渡焊接的电弧熔丝增材制造技术(CMT-WAAM)制备了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(Ti6321)合金,研究了热处理对Ti6321合金显微组织、力学性能的影响。研究表明,沉积态Ti6321合金组织由不规则的多边形原始β晶和晶界α相(α_GB)组成,晶内分布有厚度不均的α片层和少量β相。经α+β两相区退火后,α片层内部的位错密度降低,其中,700℃退火后强度和冲击吸收功均有所降低,800℃退火后冲击吸收功提高,且强度达到1050 MPa以上。经双重热处理后析出次生α相(α_s),晶界α相(α_GB)弱化呈断续分布,Ti6321合金冲击吸收功最高达到34 J。不同热处理状态下的冲击断口均有大量韧窝,为典型的韧性断裂。     

Ti-6Al-4V合金绝热剪切带的演化

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术,对双态组织和片层组织Ti-6Al-4V合金帽形试样进行动态加载实验,通过控制加载时间(50,60和80μs)来研究绝热剪切带随时间的演化过程.微观分析结果表明:两种组织中绝热剪切带的宽度有一个发展过程,随着入射波加载时间的延长,绝热剪切带逐渐变宽;当加载时间为60μs时,两种组织钛合金中的绝热剪切带演化过程相同,均是在剪切应力下微观组织的拉长、细化和碎化;当加载时间为80μs时,双态组织中绝热剪切带的演化过程仍然是带内晶粒的进一步细化,而片层组织中的绝热剪切带中可能发生了动态再结晶.绝热剪切带演化过程的不同导致了绝热剪切带宽度的差异.     

高强度低成本Ti5322合金的抗弹性能及其抗弹机理研究

采用底推式105 mm长杆穿甲模拟弹,对厚度为45 mm的高强度低成本Ti5322合金靶板开展了终点弹道侵彻实验,研究了该合金的抗弹性能与抗弹机理,并探究了合金的典型抗弹效应——倾角效应。结果表明,Ti5322合金的质量防护系数为1.80,空间防护系数为1.02。Ti5322合金的损伤机制和抗弹机理是通过自身的绝热剪切局域化行为实现的。这种绝热剪切局域化行为,一方面通过靶板的变形破碎协调了弹体侵入过程的挤凿作用;另一方面,弹靶作用过程中发生的弹靶互侵蚀行为有效地消耗了弹体动能。     

变形量对旋转锻造钨合金组织及绝热剪切敏感性影响

对烧结态93W-4.9Ni-2.1Fe合金进行不同变形量旋转锻造,研究变形量对钨合金微观组织及绝热剪切敏感性的影响。微观组织观察结果表明,旋转锻造形变后钨颗粒沿变形方向被拉长为椭球形,随变形量由3.45%增加至42.11%,钨颗粒变形程度加剧,长径比由1.32增加至2.41;位于钨颗粒间的粘结相则沿变形方向逐渐拉长为细长的条状组织。对不同变形量的旋转锻造钨合金,沿棒料径向取样进行动态压缩试验后发现:当变形量增加至15.84%(钨颗粒长径比1.47)时,旋转锻造钨合金塑性变形方式发生改变,合金中开始出现绝热剪切现象;此后,随旋转锻造变形量(钨颗粒长径比)的增加,旋转锻造钨合金中绝热剪切带宽度减小,合金绝热剪切敏感性增大。随旋转锻造变形量(钨颗粒长径比)的增大,合金应变硬化能力减小,同时动态加载时绝热温升数值增大,软化效应增强,这是旋转锻造钨合金绝热剪切敏感性随变形量(钨颗粒长径比)增加而增大的主要原因。     

Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al合金中的冲击相变研究

利用Hopkinson压杆装置,对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al(TB10)合金进行高速冲击试验,采用光学显微镜和透射电镜分析其冲击相变与动态承载能力之间的关系.结果表明,显微组织状态对绝热剪切敏感性影响很大,在相同的应变率条件下,两相区固溶+时效、两相区固溶+双重时效的TB10合金试样中均可观察到明显的绝热剪切带...     

几种变形方式对钨合金组织性能及绝热剪切敏感性的影响

讨论了变形方式、变形量、变形材料的受力状态及微观组织结构等方面因素对材料性能和绝热剪切敏感性的影响。钨合金的受力状态、颗粒形状、微观组织取向对材料的变形、破坏和变形局域化机制有重要影响。X射线分析表明，旋锻后的钨合金组织有织构存在。力学性能的各向异性导致了材料绝热剪切破坏难易程度上的差异。     

微观组织状态对Ti-6Al-4V合金动态力学性能和绝热剪切敏感性的影响

采用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)技术,对Ti-6Al-4V合金的等轴组织、双态组织、片层组织进行高应变速率下的动态压缩实验,研究了不同组织状态的动态力学性能及其绝热剪切敏感性,并进行了金相观察及分析。结果表明:在动态压缩载荷条件下,Ti-6Al-4V合金3种组织的真应力-应变曲线大致分为弹性阶段和塑性阶段,没有出现明显的屈服阶段,3种组织试样在高应变率条件下,表现出一定的应变率强化效应,但是应变强化效应不明显;在较大的应变率下,不同组织状态下的试样表现出一个共同的特征,即平均应变都较小,但其应力值却较大;等轴组织的动态压缩力学性能优于其他两种组织;从试样的横剖面和轴剖面的分析来看,不同组织对Ti-6Al-4V合金的绝热剪切敏感性有较大的影响,层片组织具有最大的绝热剪切敏感性,而等轴组织具有最小的绝热剪切敏感性,双态组织介于两者之间。     

锻造工艺对Ti-6321合金棒材显微组织与力学性能的影响

研究了不同锻造工艺对Ti-6321合金棒材组织与力学性能的影响。结果表明:Ti-6321合金棒材经常规锻造后为等轴组织,经近β锻造后为双态组织,经β锻造后为网篮组织;双态组织不仅具有与等轴组织和网篮组织相当的强度和塑性,而且冲击韧性可达到850 kJ/m2以上,明显高于等轴组织和网篮组织。     

Ti-Ni-Nb钎料钎焊βNb-Ti合金接头的微观组织及力学性能

采用65Ti-25Ni-10Nb (%,质量分数)钎料对体心立方结构的βNb-Ti固溶体合金进行钎焊,研究了钎焊条件对接头微观组织和力学性能的影响规律。研究发现,接头焊缝组织主要由{(Nb,Ti)+TiNi}共晶组织、(Nb,Ti)固溶体相、 TiNi相、 Ti_2Ni相和富Ti相组成。随着钎焊温度的升高和钎焊时间的延长,钎焊过程中钎料和基体中的合金元素发生互扩散,焊缝组织中的{(Nb, Ti)+TiNi}共晶组织和TiNi相逐向Ti_2Ni相转变,并在Ti_2Ni相内部逐渐析出富Ti相。同时,基体中的其他合金元素如Al, V和Cr元素向钎料中扩散。随钎焊温度的升高或保温时间的延长,钎焊接头的剪切强度呈先增加后降低的趋势。这主要是由于Ti_2Ni相具有较高的剪切模量,其含量的增加使钎焊接头的剪切强度增加,但随后Ti_2Ni相内部析出富Ti相使焊缝内应力增加,导致钎焊接头的剪切强度迅速降低。在1150℃钎焊15 min时, 65Ti-25Ni-10Nb/Nb-Ti钎焊接头的室温剪切强度可达到617.7 MPa。     

Ti-22Al-15Nb合金的力学性能及破坏机理研究

研究了名义成分为Ti-22Al-15Nb的Ti-Al系合金的微观组织和力学性能,以及在准静态和动态加载条件下的变形行为,并对其破坏机理进行了分析。微观组织研究表明,Ti-22Al-15Nb合金铸态组织为等轴晶,晶内主要由α2-Ti3Al相和B2-Ti2AlNb相组成,具有随机取向的片状α2相均匀分布在B2基相上。力学性能研究表明,合金在动态加载条件下表现出较优异的性能,其屈服强度为1 100 MPa,抗压强度为1 750 MPa,且在动态加载下具有更好的塑性。破坏机理分析表明,在准静态加载条件下,合金试样发生剪切破坏,微裂纹首先在α2相及α2相与B2相的相界处萌生,在最大剪应力方向上扩展形成主裂纹,最终导致合金试样破坏;在动态加载条件下,合金的破坏方式为绝热剪切破坏,即在与加载轴呈45°角的方向上形成绝热剪切带,随着应变的增大,裂纹在剪切带中萌生并扩展,最终破坏合金试样。     

Cu-Ni-Al系合金铸态组织研究

对Cu-Ni-Al系合金的铸态组织进行研究,使企业更好地认识和了解Cu-Ni-Al系列合金,进而更好地开发利用该合金.采用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪,对Cu-Ni-Al和Cu-Ni-AlTi合金进行观察和分析.结果表明:Cu-9.0Ni-1.4Al合金铸态组织中枝晶组织与偏析区(Ni3Al)界限十分明显,且枝晶组织比较粗大.而Ti的加入促使Ni和Cu的分布变得均匀,并且Ti的加入使合金中有魏氏体产生,致使合金的力学性能降低,减小了合金的变形能力,导致Cu-9.0Ni-1.4Al-0.5Ti合金在热轧时有开裂的现象发生.并且能谱分析显示Ni3Al存在于枝晶中和枝晶间,说明Ni3Ti的稳定性较好,在高温时就有Al3Ti形成,在固溶扩散过程中,Ni3Ti被排挤到枝晶之间,形成第二相.     

Ti含量对U-Ti合金组织和性能的影响

采用真空感应熔炼的方法制备了U-0.5％Ti、U-0.75 ％Ti和U-0.95％Ti合金试样,研究了Ti含量对合金微观组织、室温拉伸性能和耐腐蚀性能的影响.结果 表明:三种成分的U-Ti合金组织均以针状和双凸透镜状马氏体为主,物相组成主要有α'相和U2 Ti相;随着Ti含量的增加,U-Ti合金的晶粒逐渐细化,U2Ti...     

Ti90及其优化合金的组织与力学性能研究

Ti90合金是我国自主研发的一种新型近α型钛合金,具有高比强度、高韧性、耐蚀和加工性能好等优点。本课题组前期对Ti90合金进行了成分优化,得到一种名义成分为Ti-5. 5Al-4. 0Zr-1. 0Sn-0. 3Mo-1. 0Nb的优化合金。利用X射线衍射仪、金相显微镜、电子探针显微分析仪、电子万能试验机和电化学工作站等检测仪器,对Ti90及其优化合金的组织与力学性能进行对比分析。结果表明,优化合金组织为带有网篮特征的魏氏组织,原始β晶界和α集束清晰可见,有少量残留β相分布于α片层之间。与Ti90合金相比,优化合金的压缩屈服强度与断裂韧性得到了显著的提高,极限应变量有所增加,电化学腐蚀性能较好。     

不同热处理条件下Ti-1023钛合金的绝热剪切敏感性

利用Hopkinson压杆试验系统对圆柱形试样进行室温动态压缩冲击试验,研究不同热处理制度下Ti-1023钛合金的微观组织、绝热剪切带的形成特征。结果表明,相变点以上固溶处理使Ti-1023合金组织晶粒尺寸增大,β晶界处析出细针状α相;相变点以下的固溶时效使晶粒内部析出大量球状α相,相变点以下的固溶双重时效处理的组织晶粒更为细小均匀。在较高应变率加载条件下,不同组织均表现出明显的应变率增强和增塑效应,具有明显的热塑性失稳特征。相变点以上固溶时效组织动态强度高,但塑性差,绝热剪切敏感性最大;相变点以下固溶单重时效组织最不易发生绝热剪切,但强度低;固溶双重时效组织比固溶单重时效组织的动态强度高,塑性较好,具有最好的抗冲击承载能力。     

Zr对Ag-Cu-Ti钎料合金显微组织与力学性能的影响

通过非自耗电弧熔炼与氩气保护浇铸,制备Ag-50Cu-4Ti基钎料合金。采用差热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)、显微组织观察及力学性能测试方法,研究Zr含量对基体钎料合金显微组织与力学性能的影响。结果表明,Zr含量的增加并不明显影响钎料合金的熔化温度,其熔点均为783℃左右。随Zr含量的提高,基体合金的显微组织发生明显变化,Zr的添加可降低基体合金中针状Cu3Ti相的体积分数与尺寸,促进弥散分布的(Cu,Ag)5(Ti,Zr)相形成,从而提高合金的维氏硬度与剪切强度。高温氧化实验表明,含Zr合金表现出相对基体合金更为优异的高温抗氧化性能。     

微量合金元素Ti、Zr、Sc对5A06铝合金棒材粗晶组织的影响

考察了微量合金元素Ti、Zr、Sc及其复合作用对5A06合金粗晶组织的影响,并对合金挤压棒材形成粗晶组织的机理进行了探讨。结果表明:5A06合金挤压时主要以动态再结晶为主,粗晶组织主要是在挤压生产过程中产生的。单独增加Ti的含量,或者添加Ti、Zr元素,对抑制和消除合金挤压棒材粗晶组织的效果不明显;采用微量合金元素Ti、Zr、Sc共同复合,充分发挥合金元素Ti、Zr、Sc复合微合金化抑制合金再结晶的作用,可有效抑制合金挤压棒材粗晶组织的形成。