锻造和热处理工艺对TC21钛合金静动态力学性能和抗弹性能影响的研究

发布时间：2017-05-17 19:15

  本文关键词：锻造和热处理工艺对TC21钛合金静动态力学性能和抗弹性能影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：TC21钛合金是我国自主研制的一种新型高强高韧两相钛合金,本文以钛合金作为装甲防弹的应用背景展开研究,研究了不同锻造及热处理工艺下TC21钛合金的静、动态力学性能及抗弹性能,并对12.7mm穿甲燃烧弹冲击条件下不同组织的靶板损伤特征进行分析,得出微观组织结构对材料力学性能、抗弹性能以及宏微观损伤规律的影响。主要研究结论如下:经α+β区锻造的TC21钛合金为双态组织,经β区锻造的TC21钛合金为片层组织。在动态压缩条件下,α+β区锻造的双态组织TC21钛合金较之β区锻造的片层组织TC21钛合金具有更高的动态强度;而β区锻造的TC21钛合金临界断裂应变更大,具有更好的动态塑性变形能力。在12.7mm AP的侵彻条件下,α+β区和β区锻造的TC21钛合金靶板的抗弹性能相近。对TC21钛合金靶板的宏微观损伤分析表明,α+β区锻造的双态组织靶板的宏观损伤模式为塑性扩孔所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;两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。制定不同的热处理制度得到四种微观组织,900℃/1h/AC+600℃/4h/AC双态组织(B1)、925℃/1h/FC+600℃/4h/AC双态组织(B2)、900℃/6h/SFC等轴组织(E)、1000℃/1h/FC片层组织(L)。准静态加载条件下,双态组织B1的强度最高,等轴组织的塑性最好,片层组织的强度和塑性最差,在双态组织B1、B2和等轴组织试样中均观察到了颈缩现象,而片层组织试样未出现颈缩。动态加载条件下,等轴组织和片层组织发生绝热剪切断裂失效的临界应变率最高,等轴组织发生绝热剪切断裂前吸收的能量最多,片层组织次之,高于双态组织B1、B2;四种组织均观察到了应变率强化效应。帽形试样的动态剪切试验表明,等轴组织和片层组织的绝热剪切敏感性低于双态组织B1、B2。对四种组织TC21钛合金的抗弹性能研究表明,片层组织的抗弹性能最为优异,等轴组织次之,双态组织B1的抗弹性能最差。四种组织的宏观损伤模式以均冲塞破坏形式为主,片层组织由于塑性低,塞块在与靶板分离的过程中发生了碎化。所有四种组织靶板中均观察到绝热剪切带,其延伸的深度均较浅,只局限在弹坑壁附近位置。
【关键词】：TC21钛合金 微观组织 力学性能 抗弹性能
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.23;TG319;TG166.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 研究意义和目的11
• 1.2 钛及钛合金概述11-14
• 1.2.1 钛及钛合金发展概况11-12
• 1.2.2 钛合金的分类12-13
• 1.2.3 TC21钛合金13-14
• 1.3 α+β 钛合金的组织、工艺与性能14-18
• 1.3.1 α+β 钛合金的显微组织14-16
• 1.3.2 α+β 钛合金的锻造工艺16-17
• 1.3.3 α+β 钛合金的热处理工艺17-18
• 1.4 钛合金动态力学行为研究现状18-20
• 1.5 靶板抗弹性能及损伤行为研究进展20-25
• 1.6 TC21钛合金动态力学性能和抗弹性能研究中存在的问题25-26
• 1.7 本文主要研究内容26-27
• 第2章 实验材料与方法27-33
• 2.1 实验材料27
• 2.2 微观组织分析27-28
• 2.3 力学性能实验28-29
• 2.3.1 准静态力学性能实验28
• 2.3.2 动态压缩力学性能实验28-29
• 2.4 强迫剪切实验29-30
• 2.5 终点弹道侵彻实验30-33
• 第3章 锻造工艺对TC21钛合金静动态力学性能和抗弹性能的影响33-39
• 3.1 微观组织分析33
• 3.2 准静态力学性能33-34
• 3.2.1 准静态力学实验结果33-34
• 3.2.2 拉伸断口形貌分析34
• 3.3 动态力学性能34-35
• 3.4 抗弹性能和宏微观损伤特征的分析35-38
• 3.4.1 不同锻造态TC21钛合金的抗弹性能35-36
• 3.4.2 宏观损伤对TC21钛合金抗弹性能的影响36-37
• 3.4.3 微观损伤对TC21钛合金抗弹性能的影响37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 热处理工艺对TC21钛合金静动态力学性能和抗弹性能的影响39-63
• 4.1 热处理工艺及微观组织分析39-41
• 4.2 准静态力学性能41-44
• 4.2.1 准静态力学实验结果41-42
• 4.2.2 拉伸断口形貌分析42-44
• 4.3 动态力学性能44-49
• 4.3.1 四种组织TC21钛合金的动态强度45-46
• 4.3.2 四种组织TC21钛合金的动态塑性46-47
• 4.3.3 四种组织TC21钛合金高应变率下的吸能47-49
• 4.4 绝热剪切敏感性49-51
• 4.5 抗弹性能和宏微观损伤特征的分析51-60
• 4.5.1 四种组织TC21钛合金的抗弹性能51-52
• 4.5.2 静、动态力学性能对TC21钛合金抗弹性能的影响52-54
• 4.5.3 宏观损伤对TC21钛合金抗弹性能的影响54-56
• 4.5.4 微观损伤对TC21钛合金抗弹性能的影响56-60
• 4.6 本章小结60-63
• 结论63-65
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单65-67
• 参考文献67-73
• 致谢73

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本文编号：374280