Ti-6Al-4V绝热剪切机理

发布时间：2017-03-24 21:14

  本文关键词：Ti-6Al-4V绝热剪切机理，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Ti-6Al-4V合金相比其他合金,具有更加突出的综合性能,成为工程和工业中的重要合金,并且被广泛应用于航空航天、海洋工业、军工业等重要领域。然而,在高应变率加载条件下,Ti-6Al-4V合金易形成不稳定变形,本文对Ti-6Al-4V合金在高应变率下条件下,对其不同组织绝热剪切敏感性和不同应力状态下的合金绝热剪切机理进行深入研究。这项研究对于研究材料中绝热剪切带的演化规律具有明显的理论意义。本课题主要利用霍普金森压杆装置,在高应变率条件下对Ti-6Al-4V合金的试样分别进行动态压缩和动态剪切实验,得到的圆柱状试样真实应力-应变曲线和帽状试样的时间-电压曲线,对Ti-6Al-4V合金的动态力学性能进行定量研究,并比较出不同形状试样三种组织(等轴组织、双态组织、层片组织)的绝热剪切敏感性。此外,进一步采用金相显微镜,扫描电镜、和硬度测试对试样的断口及剪切带的微观组织进行观察,研究绝热剪切带的产生机理,并使用Johnson-Cook本构方程对Ti-6Al-4V合金的动态压缩实验进行了模拟。实验表明:(1)Ti-6Al-4V合金圆柱状试样的三种组织力学性能表现出连续的屈服特征,并且随着应变率的增加,表现出一定的应变率强化效应,而等轴组织发生断裂的应变率最大,断裂强度最大,断裂应变也最大;通过对圆柱状试样动态压缩发现,Ti-6Al-4V合金组织中层片组织具有相对其他两种组织更高的绝热剪切敏感性,其次为双态组织,等轴组织具有较弱的绝热剪切敏感性;而对帽状试样动态加载实验中发现,等轴组织是Ti-6Al-4V合金三种组织绝热剪切敏感性最强的,层片组织具有最弱的绝热剪切敏感性,双态组织介于两者之间;(2)绝热剪切带显微组织均表现为典型的“白亮带”特征,并伴有微裂纹和微孔洞等现象,绝热剪切带的断裂是由于剪切带中存在的微裂纹及微孔洞扩展、长大而造成的宏观的材料失效损伤;当应力状态不同,Ti-6Al-4V合金组织在不同加载条件下的塑性变形结果及其绝热剪切带在不同组织中扩展情况都表现了Ti-6Al-4V合金各种组织的绝热剪切敏感性。对剪切带及基体组织进行维氏硬度测量,发现剪切带内细小晶粒区的硬度明显高于其他区域组织;(3)建立Ti-6Al-4V合金的Johnson-Cook动态本构方程,当Ti-6Al-4V合金动态压缩应变率在1100s-1~3500s-1,合金的动态塑性变形将产生32K~193K范围内的绝热温升,由绝热温升可知,ASB内的等轴细小组织并不是发生动态再结晶,而是由晶粒碎化拉长形成的。绝热温升并影响着Johnson-Cook本构模型的理论曲线与实际曲线拟合效果。
【关键词】：Ti-6Al-4V合金 动态力学性能 绝热剪切带 绝热剪切机理 本构方程
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 钛及钛合金10-12
• 1.1.1 钛的特性及应用10-11
• 1.1.2 钛合金的分类及牌号11
• 1.1.3 钛合金组织的特征及性能11-12
• 1.2 Ti-6Al-4V钛合金及其热处理12-14
• 1.3 绝热剪切带的研究动态14-17
• 1.3.1 绝热剪切带的形成及产生机理14-15
• 1.3.2 绝热剪切带微观组织演化国内外研究现状及发展趋势15
• 1.3.3 绝热剪切的国内外研究现状及发展趋势15-16
• 1.3.4 钛及Ti-6Al-4V合金绝热剪切机理的研究现状及发展趋势16-17
• 1.4 高应变率下材料的动态力学研究方法17-18
• 1.4.1 高应变率下材料的动态载荷特点17
• 1.4.2 材料动态本构模型17-18
• 1.5 本课题的意义及内容18-19
• 第2章 实验原理、材料及方法19-25
• 2.1 实验材料19-20
• 2.1.1 试样加工19
• 2.1.2 试样制备19-20
• 2.2 实验的主要设备及其他仪器20-23
• 2.2.1 分离式霍普金森压杆装置简介20-21
• 2.2.2 实验设备的原理21-22
• 2.2.3 实验参数及数据处理22-23
• 2.2.4 实验的其他仪器简介23
• 2.3 实验过程23-25
• 第3章 Ti-6Al-4V合金动态力学性能25-33
• 3.1 Ti-6Al-4V合金在不同热处理条件下的组织结构25-26
• 3.2 TI-6Al-4V合金动态力学性能26-29
• 3.3 Ti-6Al-4V合金在高应变率下的断口扫描分析29-33
• 第4章 Ti-6Al-4V合金绝热剪切机理分析33-50
• 4.1 单轴压缩条件下Ti-6Al-4V合金绝热剪切机理分析33-40
• 4.1.1 Ti-6Al-4V合金不同轴面的金相分析33-37
• 4.1.2 Ti-6Al-4V合金在不同应变率下的剪切机理分析37-40
• 4.2 压剪复合力条件下Ti-6Al-4V合金绝热剪切机理分析40-44
• 4.2.1 Ti-6Al-4V合金三种组织力学响应结果40-42
• 4.2.2 Ti-6Al-4V合金金相显微照片分析42-44
• 4.2.3 Ti-6Al-4V合金金相扫描分析44
• 4.3 Ti-6Al-4V合金金相绝热剪切机理分析44-45
• 4.4 微裂纹及微孔洞对绝热剪切带断裂影响45-47
• 4.5 应力状态对Ti-6Al-4V合金三种组织绝热剪切敏感性的影响47-49
• 4.6 Ti-6Al-4V合金硬度测试49-50
• 第5章 Ti-6Al-4V合金动态本构关系50-62
• 5.1 动态本构关系基本方程50-51
• 5.2 Johnson-Cook动态本构关系51-62
• 5.2.1 应变强化参数的确立51-53
• 5.2.2 应变速率强化系数的确立53-55
• 5.2.3 绝热温升系数的确定55-58
• 5.2.4 本构方程的确立和改进58-62
• 第6章 结论62-63
• 参考文献63-67
• 在学研究成果67-68
• 致谢68

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