动高压加载下钛合金的力学性能演化及层裂特性的研究

发布时间：2017-08-13 04:30

  本文关键词：动高压加载下钛合金的力学性能演化及层裂特性的研究

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【摘要】：钛合金因其可加工性好、比强度高、质轻及耐腐蚀性强等优点已广泛应用在国防、航空及航天等领域中。然而,当钛合金在这些领域中服役时,往往会承受动高压加载作用。鉴于此,本文以Ti-6Al-4V和Ti-47Nb两种钛合金为研究对象,通过平板撞击试验及室温静动态压缩再加载试验,并结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等微观分析手段,系统研究了合金成分、相及组织形貌等材料学因素对动高压加载后钛合金的力学性能及层裂行为的影响。主要研究成果如下:预估的冲击Hugoniot参数(ρ0,C0及λ0)及冲击压力(PH)均与实测值符合良好。在预估冲击压力范围内(PH15 GPa),两种钛合金均服从达-麦关系式及冲击波-粒子速率(D-u)线性关系式。两种钛合金的冲击压力与粒子速率(PH-u)Hugoniot曲线的相对位置自上而下为Ti-47Nb合金和Ti-6Al-4V合金,这表明钼当量([Mo]e q)大的Ti-47Nb合金,其冲击PH-u Hugoniot曲线更加陡峭。因此两种钛合金的冲击压力相同时,Ti-47Nb合金的飞片速度要小于Ti-6Al-4V合金。经不同幅值冲击波作用后的Ti-47Nb合金和Ti-6Al-4V合金,在室温准静态及动态再加载条件下前者的塑性要好于后者。Ti-6Al-4V合金的流变应力及屈服强度要明显高于Ti-47Nb合金,表现出了一定的冲击波强化效应。材料经动高压加载作用后,内部缺陷密度的增加是造成其冲击波强化效应的主要原因。另外,Ti-47Nb合金中的β-α″相变也是引起冲击波强化效应的重要因素。Ti-6Al-4V和Ti-47Nb合金分别在冲击压力为10.24 GPa和6.73 GPa时出现完全层裂,这表明Ti-6Al-4V合金抗层裂破坏能力要强于Ti-47Nb合金。两种合金层裂断口均为韧窝状形貌,表现出了韧性断裂的特征。Ti-6Al-4V合金中的层裂微孔洞大多在α/β两相界面处形核,并沿相界扩展形成微裂纹。随后孔洞或裂纹沿转变绝热剪切带(ASB)扩展,最终发生完全层裂。Ti-47Nb合金中的微孔洞主要在晶界或三叉晶界处形核、长大,微孔洞直接连通形成微裂纹,随后孔洞或裂纹将继续沿着形变ASB扩展,最终发生完全层裂。
【关键词】：Ti-6Al-4V合金 Ti-47Nb合金 动高压加载 再加载力学性能 层裂
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 钛合金简介10-14
• 1.2.1 钛单质10-12
• 1.2.2 钛合金及其分类12-13
• 1.2.3 Ti-6Al-4V合金与Ti-47Nb合金简介13-14
• 1.3 钛合金在动高压加载下的力学响应14-19
• 1.3.1 动高压加载技术15-18
• 1.3.2 动力学响应18-19
• 1.4 材料的层裂特性简介19-23
• 1.4.1 层裂原理19-20
• 1.4.2 层裂宏观物理量及微观材料学认识20-23
• 1.5 本课题的研究内容23-24
• 第2章 材料特性和实验加载技术24-36
• 2.1 实验材料及特性24-31
• 2.1.1 合金成分及密度24-25
• 2.1.2 初始试样金相组织观察25-26
• 2.1.3 室温准静态力学性能26-29
• 2.1.4 室温动态力学性能29-31
• 2.2 平板撞击实验31-34
• 2.2.1 实验装置31-32
• 2.2.2 冲击波加载装置32-34
• 2.2.3 回收装置34
• 2.3 层裂微观分析34-36
• 2.3.1 金相组织观察34
• 2.3.2 扫描电镜观察34-35
• 2.3.3 X射线衍射物相分析35
• 2.3.4 维氏硬度测试35-36
• 第3章 两种钛合金的冲击绝热压缩曲线36-46
• 3.1 冲击Hugoniot参数的预估36-40
• 3.1.1 守恒方程与测量原理36-38
• 3.1.2 冲击Hugoniot参数及靶内压力预估38-40
• 3.2 两种钛合金的实测冲击Hugoniot参数及Hugoniot曲线40-45
• 3.2.1 u, D与P_H状态参量的计算40-43
• 3.2.2 实测冲击Hugoniot参数及绝热压缩线43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第4章 动高压加载下钛合金的力学性能及微观组织分析46-56
• 4.1 动高压加载下两种钛合金力学性能演化分析46-51
• 4.1.1 室温准静态压缩再加载力学性能46-47
• 4.1.2 室温动态压缩再加载力学性能47-49
• 4.1.3 维氏硬度分析49-51
• 4.2 动高压加载下两种钛合金的微观组织演化分析51-54
• 4.2.1 XRD物相分析51-53
• 4.2.2 金相分析53-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第5章 两种钛合金的层裂破坏规律56-64
• 5.1 两种钛合金的层裂宏观特征56-58
• 5.2 两种钛合金的层裂断口形貌58-59
• 5.2.1 Ti-6Al-4V合金58
• 5.2.2 Ti-47Nb合金58-59
• 5.3 两种钛合金的层裂微损伤形核及扩展特征59-62
• 5.3.1 Ti-6Al-4V合金59-61
• 5.3.2 Ti-47Nb合金61-62
• 5.4 两种钛合金层裂破坏的微结构特征62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 附录71

【参考文献】

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本文编号：665411