高温、高应变率下Ti6321合金的力学行为及本构模型

发布时间：2022-01-08 13:20

　　为了研究Ti6321合金在高温、高应变率下的力学行为,采用分离式霍普金森压杆装置对Ti6321合金进行室温（25℃）和高温（200、400、600℃）动态压缩试验,对其在高温和高应变率下的力学性能、应变率敏感性和温度敏感性进行了研究。采用聚类全局优化算法构建了双态组织Ti6321合金在103s-1下的Johnson-Cook本构模型。结果表明,双态组织Ti6321合金在室温和高温下均存在应变率硬化效应,但试验温度对流变应力的影响比应变率的影响更大。随着压缩试验温度升高,流变应力显著降低,温度敏感因子升高。Johnson-Cook模型拟合的曲线与实验曲线吻合良好,可以用于Ti6321合金高应变率下的力学仿真计算。 

【文章来源】：钛工业进展. 2020,37(05)北大核心

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【部分图文】：

室温下Ti6321合金真应力-应变曲线

图2为Ti6321合金在1 000、2 000、3 000 s-1应变速率下的高温动态压缩真应力-应变曲线。从图2可以看到，高温下的真应力-应变曲线与室温下类似，也是随着应变率的增加，屈服点上升，流变应力增加，即在高温下也表现出了应变率硬化效应。但高温下的应变强化作用不如室温下显著，主要是因为材料在高温、高应变率下的变形过程中与界面摩擦会产生热量，且产生的热量大于变形过程中的热损失，因此会导致材料温度不断升高。随着应变的增加，温度的升高导致流变应力和应变硬化速率的急剧降低，这种现象被称为热软化效应。在高温条件下，热软化更容易发生，因此高温下应变强化效果比室温下更弱。与此同时，从相同应变率、不同温度的真应力-应变曲线可以看出，试验温度的升高导致流变应力显著降低。虽然应变率和温度对流变应力都有影响，但是试验温度对流变应力的影响更大。2.2 应变率敏感性

式中:β为应变率敏感因子，σ2、σ1分别是不同动态应变率下的平均流变应力，对应不同加载条件下的应变率(其中高温动态压缩试验由于应变率1 000 s-1下曲线波动较大，仅选取2 000、3 000 s-12个应变率，因此应变率敏感因子仅有1个数值)。图3显示了室温下Ti6321合金应变率敏感因子随应变率的变化。从图3可以看出，在室温条件下，应变率敏感因子随应变率的增加先减小后增大。不同温度下应变率为3 000 s-1时，应变率敏感因子差别很大，应变率敏感因子随温度变化非常复杂，这反映出Ti6321合金的应变率对温度的敏感性较低，同时又可以证明流变应力对温度十分敏感。图4为Ti6321合金流变应力随应变率的变化。对于每个测试温度，平均流变应力随着应变率的增加而增加，即存在明显的应变率硬化效应。但流变应力相对于应变率的斜率几乎是恒定的。对比不同温度下的流变应力可以看出，温度对流变应力的影响比应变率大。通常情况下，流变应力随着应变率而线性增加(在应变一定的情况下)。微观尺度的应变率效应机理通常可以用位错运动过程中的运动学关系和动力学关系来解释。Orowan关系是一种几何关系[22]，与金属塑性无关，它将塑性应变率εp·与位错运动联系起来，可以表示为:

【参考文献】：
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本文编号：3576630