热氧化TC4的制备及其力学性能研究

发布时间：2018-05-18 01:03

  本文选题：热氧化 + 本构模型　； 参考：《太原理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：钛及钛合金因密度小、比强度高、良好的耐蚀性和优异的生物相容性等优点被广泛地应用于诸多领域。但由于其导热系数小、表面承载能力低、摩擦系数大、易发生粘着磨损以及耐腐蚀性差等缺点限制了应用范围。已有研究表明,表面改性技术能够有效提高钛合金的表面性能。本文选取700℃、10 h热氧化处理工艺在TC4钛合金表面制备了氧化层,并初步分析其成分、硬度、耐磨性及耐蚀性。借助准静态压缩实验、纳米压入实验与分离式Hopkinson压杆压缩实验,研究其静动态力学性能。通过处理获得的实验数据,拟合室温下热氧化TC4的Johnson-Cook本构方程和双线性弹塑性模型。利用ANSYS/LS-DYNA对冲击过程进行模拟,结合断裂形貌分析其断裂机理以及氧化层对材料在冲击变形过程中的影响。此外,针对不同热氧化温度(600-750℃)处理10 h,700℃不同热氧化时间(10-50 h)对TC4静动态力学性能影响,本文也做了相关研究。主要研究成果如下:1)700℃、10 h热氧化处理后,在TC4钛合金表面形成一层由金红石型Ti O2构成的氧化膜,使得试样表面颜色由银白色变成灰褐色,显微硬度从300 HV0.05提高到600 HV0.05,氧化膜的存在提高材料表面的耐摩擦磨损性,并延缓了材料的腐蚀。2)700℃、10 h热氧化处理后TC4钛合金的表面硬度和弹性模量得到提高,室温、准静态下的应变强化率和屈服强度也得到了提高。3)TC4基材和经700℃、10 h热氧化处理的TC4的应变率敏感性都比较低;700℃、10 h热氧化TC4的动态应变硬化效应增大;700℃、10 h氧化后TC4的冲击塑性在低应变率下得到提高,并随着应变率的增大,有着逐渐减弱并变差的趋势。4)不同工艺条件下热氧化处理对准静态下材料的屈服强度和应变强化率有一定的影响。综合分析,700℃、10 h热氧化处理后TC4钛合金具有最佳的准静态力学性能。5)不同工艺条件下热氧化处理没有影响材料的动态屈服强度,提高了材料的动态流变应力,改变了材料的冲击塑性。综合屈服强度、流动应力、冲击塑性分析,700℃、30 h处理后TC4钛合金具有较好动态力学性能。6)Johnson-Cook本构模型可以有效预测热氧化TC4钛合金在室温下的动态塑性流动应力。热氧化形成的氧化层在低冲击应变率下,能够起到缓冲作用,使得材料的性能得到改善。当应变率过大,材料表面的氧化层优先破裂形成裂纹,导致材料破坏。
[Abstract]:Titanium and titanium alloys have been widely used in many fields due to their low density, high specific strength, good corrosion resistance and excellent biocompatibility. However, due to its low thermal conductivity, low surface bearing capacity, large friction coefficient, adhesive wear and poor corrosion resistance, the application scope is limited. Studies have shown that surface modification technology can effectively improve the surface properties of titanium alloys. In this paper, the oxidation layer was prepared on the surface of TC4 titanium alloy by thermal oxidation at 700 鈩，

本文编号：1903667