本文選題：熱氧化 + 本構(gòu)模型　； 參考：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：鈦及鈦合金因密度小、比強(qiáng)度高、良好的耐蝕性和優(yōu)異的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。但由于其導(dǎo)熱系數(shù)小、表面承載能力低、摩擦系數(shù)大、易發(fā)生粘著磨損以及耐腐蝕性差等缺點(diǎn)限制了應(yīng)用范圍。已有研究表明,表面改性技術(shù)能夠有效提高鈦合金的表面性能。本文選取700℃、10 h熱氧化處理工藝在TC4鈦合金表面制備了氧化層,并初步分析其成分、硬度、耐磨性及耐蝕性。借助準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)、納米壓入實(shí)驗(yàn)與分離式Hopkinson壓桿壓縮實(shí)驗(yàn),研究其靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。通過(guò)處理獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),擬合室溫下熱氧化TC4的Johnson-Cook本構(gòu)方程和雙線性彈塑性模型。利用ANSYS/LS-DYNA對(duì)沖擊過(guò)程進(jìn)行模擬,結(jié)合斷裂形貌分析其斷裂機(jī)理以及氧化層對(duì)材料在沖擊變形過(guò)程中的影響。此外,針對(duì)不同熱氧化溫度(600-750℃)處理10 h,700℃不同熱氧化時(shí)間(10-50 h)對(duì)TC4靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能影響,本文也做了相關(guān)研究。主要研究成果如下:1)700℃、10 h熱氧化處理后,在TC4鈦合金表面形成一層由金紅石型Ti O2構(gòu)成的氧化膜,使得試樣表面顏色由銀白色變成灰褐色,顯微硬度從300 HV0.05提高到600 HV0.05,氧化膜的存在提高材料表面的耐摩擦磨損性,并延緩了材料的腐蝕。2)700℃、10 h熱氧化處理后TC4鈦合金的表面硬度和彈性模量得到提高,室溫、準(zhǔn)靜態(tài)下的應(yīng)變強(qiáng)化率和屈服強(qiáng)度也得到了提高。3)TC4基材和經(jīng)700℃、10 h熱氧化處理的TC4的應(yīng)變率敏感性都比較低;700℃、10 h熱氧化TC4的動(dòng)態(tài)應(yīng)變硬化效應(yīng)增大;700℃、10 h氧化后TC4的沖擊塑性在低應(yīng)變率下得到提高,并隨著應(yīng)變率的增大,有著逐漸減弱并變差的趨勢(shì)。4)不同工藝條件下熱氧化處理對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)下材料的屈服強(qiáng)度和應(yīng)變強(qiáng)化率有一定的影響。綜合分析,700℃、10 h熱氧化處理后TC4鈦合金具有最佳的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能。5)不同工藝條件下熱氧化處理沒(méi)有影響材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度,提高了材料的動(dòng)態(tài)流變應(yīng)力,改變了材料的沖擊塑性。綜合屈服強(qiáng)度、流動(dòng)應(yīng)力、沖擊塑性分析,700℃、30 h處理后TC4鈦合金具有較好動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。6)Johnson-Cook本構(gòu)模型可以有效預(yù)測(cè)熱氧化TC4鈦合金在室溫下的動(dòng)態(tài)塑性流動(dòng)應(yīng)力。熱氧化形成的氧化層在低沖擊應(yīng)變率下,能夠起到緩沖作用,使得材料的性能得到改善。當(dāng)應(yīng)變率過(guò)大,材料表面的氧化層優(yōu)先破裂形成裂紋,導(dǎo)致材料破壞。
[Abstract]:Titanium and titanium alloys have been widely used in many fields due to their low density, high specific strength, good corrosion resistance and excellent biocompatibility. However, due to its low thermal conductivity, low surface bearing capacity, large friction coefficient, adhesive wear and poor corrosion resistance, the application scope is limited. Studies have shown that surface modification technology can effectively improve the surface properties of titanium alloys. In this paper, the oxidation layer was prepared on the surface of TC4 titanium alloy by thermal oxidation at 700 鈩，

本文編號(hào)：1903667