冲击加载亚稳近βTi-5553合金的动态响应行为研究

发布时间：2017-10-23 10:24

  本文关键词：冲击加载亚稳近βTi-5553合金的动态响应行为研究

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【摘要】：本论文针对亚稳近β型Ti-5553合金，通过不同热处理工艺获得α+β双相和β单相组织，利用万能材料试验机、轻气炮、分离式霍普金森压杆（SHPB）和Gleeble热力模拟材料试验机，结合OM、SEM、TEM、XRD等材料微结构表征手段，研究组织结构对静、动态力学响应及变形损伤和破坏的影响规律，获得冲击拉伸+冲击压缩以及温度耦合加载条件下β单相Ti-5553合金冲击相变和绝热剪切特征，初步建立α+β双相和β单相组织与静动态力学性能的关系。本文为Ti-5553钛合金在室温、高温和高应变率条件下服役提供一定的实验和理论基础。全文获得以下研究成果： 对Ti-5553合金进行四种热处理得到典型组织：双态组织（T1、T2）、网篮组织（T3）、魏氏组织（T4），随着固溶温度的升高，材料强度相近，断面收缩率降低，塑性降低。在SHPB动态压缩条件下，双态组织钛合金在1000s-1~3000s-1应变率范围内没有明显的应变率强化作用，应变率强化效应在网篮组织和魏氏组织钛合金中较为明显。在高应变率动态压缩下，发生了应力诱导马氏体相变，在β基体中形成了α″相。 利用SHPB对β单相钛合金进行单次动态压缩加载，高应变率条件下（1000s-1～3000s-1），Ti-5553合金没有表现出明显的应变率强化效应，在3000s-1应变率加载条件下出现了绝热剪切破坏并发生β-α0马氏体相变。 利用轻气炮+SHPB对β单相钛合金进行二次加载，相比较SHPB一次加载，冲击拉伸波加载后合金的塑性和强度降低。随着轻气炮冲击速度的增大，，SHPB加载后屈服强度先降低后增大；二次加载后β相含量的增加，造成了冲击波致合金具有“软化”效应。随着轻气炮冲击速度的提高，二次加载后试样出现绝热剪切带的临界应变率降从2000s-1提高到了3500s-1。 利用带有同步加热装置的SHPB、Gleeble进行温度和应变率耦合加载，高温SHPB加载，合金对应变速率不敏感。β单相钛合金的温度敏感因子随温度升高先增大后减少。高温高应变加载，位错快速移动聚集→动态再结晶晶核→板条α相。Gleeble加载，400℃时，应变率越低，塑性阶段的应力越高，600℃时，应力随着应变率的增加而增加。随着温度的升高，β晶粒晶界处，缺陷多，能量大，析出针状次生α相。
【关键词】：Ti-5553 钛合金 二次加载动态力学性能 绝热剪切带 冲击相变
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 论文研究的目的与意义11-12
• 1.2 钛及钛合金12-13
• 1.2.1 钛的简述12
• 1.2.2 钛合金类型12-13
• 1.3 β钛合金13-16
• 1.3.1 稳定β型钛合金15
• 1.3.2 亚稳β型钛合金15
• 1.3.3 近β型钛合金15
• 1.3.4 β钛合金在航空航天领域中的应用15-16
• 1.4 钛合金的典型组织16-18
• 1.4.1 魏氏组织与网篮组织16
• 1.4.2 魏氏组织和网篮组织的特征参数控制16-17
• 1.4.3 双态组织与等轴组织17
• 1.4.4 等轴组织和双态组织的特征参数控制17-18
• 1.5 冲击加载技术的研究18-22
• 1.5.1 冲击加载技术试验18-19
• 1.5.2 冲击加载技术在钛合金中的应用19
• 1.5.3 钛合金的组织与力学性能的研究进展19-22
• 1.6 钛合金的绝热剪切研究进展22-24
• 1.6.1 绝热剪切带的论述22-23
• 1.6.2 钛合金绝热剪切带的研究进展23-24
• 1.7 钛合金中的马氏体相变24-27
• 1.7.1 淬火马氏体相变24-25
• 1.7.2 应力诱发马氏体25
• 1.7.3 钛合金中ω相变25-27
• 1.8 本论文的研究内容27-29
• 第二章 实验材料与方法29-36
• 2.1 实验材料29
• 2.2 热处理工艺29
• 2.3 力学性能实验29-34
• 2.3.1 准静态力学性能实验29-30
• 2.3.2 热力模拟材料试验30
• 2.3.3 室温动态压缩性能实验30-32
• 2.3.4 高温动态压缩实验32
• 2.3.5 轻气炮冲击实验32-33
• 2.3.6 二次加载力学测试33-34
• 2.4 微观形貌观察与分析34-36
• 2.4.1 试样制备34
• 2.4.2 断口形貌观察与分析34-36
• 第三章 四种热处理 Ti-5553 合金的微观组织与力学性能36-51
• 3.1 引言36
• 3.2 四种热处理后的显微组织形貌36-38
• 3.3 常温准静态力学性能测试结果与讨论38-41
• 3.3.1 常温准静态力学性能实验结果38-39
• 3.3.2 拉伸断口形貌分析39-41
• 3.4 室温动态力学性能的结果与分析41-44
• 3.4.1 应变率对动态力学性能的影响41-42
• 3.4.2 不同组织 Ti-5553 合金的动态力学性能对比42
• 3.4.3 不同组织状态对绝热剪切敏感性的影响42-44
• 3.5 动态加载后的微观组织观察44-49
• 3.5.1 基体组织微观观察44-46
• 3.5.2 绝热剪切带微观观察46-49
• 3.5.2.1 同一组织钛合金在不同应变率加载下的绝热剪切观察46-48
• 3.5.2.2 不同组织中钛合金绝热剪切现象48-49
• 3.6 本章主要结论49-51
• 第四章 冲击波二次加载β单相 Ti-5553 钛合金的动态响应51-65
• 4.1 加载前β相 Ti-5553 合金的微观组织51-52
• 4.2 材料室温准静态与动态力学性能测试与分析52-54
• 4.2.1 室温准静态力学性能52
• 4.2.2 室温动态力学性能52-54
• 4.3 冲击波二次加载β钛合金的动态力学性能54-57
• 4.4 冲击波二次加载钛合金微观组织观察与分析57-63
• 4.4.1 冲击波致β单相合金的微结构演化57-61
• 4.4.2 冲击波致β单相合金动态加载下绝热剪切带的微观演化61-63
• 4.5 本章主要结论63-65
• 第五章 β单相 Ti-5553 钛合金塑性流变研究65-77
• 5.1 实验材料与方法65
• 5.2 应变率对流变应力的影响65-69
• 5.3 高温动态加载后β单相 Ti-5553 的微观组织观察69-73
• 5.4 β单相合金高温低应变率力学性能73-76
• 5.4.1 高温低应变率加载下钛合金的流变应力特点74
• 5.4.2 温度对β单相组织钛合金低应变率力学性能的影响74-75
• 5.4.3 温度对微观组织的影响75-76
• 5.4.4 应变率对微观组织的影响76
• 5.5 本章主要结论76-77
• 全文结论77-78
• 参考文献78-86
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单86-87
• 致谢87

【参考文献】

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本文编号：1082900