本文關鍵詞：動高壓加載下鈦合金的力學性能演化及層裂特性的研究

  更多相關文章： Ti-6Al-4V合金 Ti-47Nb合金 動高壓加載 再加載力學性能 層裂

【摘要】：鈦合金因其可加工性好、比強度高、質(zhì)輕及耐腐蝕性強等優(yōu)點已廣泛應用在國防、航空及航天等領域中。然而,當鈦合金在這些領域中服役時,往往會承受動高壓加載作用。鑒于此,本文以Ti-6Al-4V和Ti-47Nb兩種鈦合金為研究對象,通過平板撞擊試驗及室溫靜動態(tài)壓縮再加載試驗,并結合光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)及X射線衍射(XRD)等微觀分析手段,系統(tǒng)研究了合金成分、相及組織形貌等材料學因素對動高壓加載后鈦合金的力學性能及層裂行為的影響。主要研究成果如下:預估的沖擊Hugoniot參數(shù)(ρ0,C0及λ0)及沖擊壓力(PH)均與實測值符合良好。在預估沖擊壓力范圍內(nèi)(PH15 GPa),兩種鈦合金均服從達-麥關系式及沖擊波-粒子速率(D-u)線性關系式。兩種鈦合金的沖擊壓力與粒子速率(PH-u)Hugoniot曲線的相對位置自上而下為Ti-47Nb合金和Ti-6Al-4V合金,這表明鉬當量([Mo]e q)大的Ti-47Nb合金,其沖擊PH-u Hugoniot曲線更加陡峭。因此兩種鈦合金的沖擊壓力相同時,Ti-47Nb合金的飛片速度要小于Ti-6Al-4V合金。經(jīng)不同幅值沖擊波作用后的Ti-47Nb合金和Ti-6Al-4V合金,在室溫準靜態(tài)及動態(tài)再加載條件下前者的塑性要好于后者。Ti-6Al-4V合金的流變應力及屈服強度要明顯高于Ti-47Nb合金,表現(xiàn)出了一定的沖擊波強化效應。材料經(jīng)動高壓加載作用后,內(nèi)部缺陷密度的增加是造成其沖擊波強化效應的主要原因。另外,Ti-47Nb合金中的β-α″相變也是引起沖擊波強化效應的重要因素。Ti-6Al-4V和Ti-47Nb合金分別在沖擊壓力為10.24 GPa和6.73 GPa時出現(xiàn)完全層裂,這表明Ti-6Al-4V合金抗層裂破壞能力要強于Ti-47Nb合金。兩種合金層裂斷口均為韌窩狀形貌,表現(xiàn)出了韌性斷裂的特征。Ti-6Al-4V合金中的層裂微孔洞大多在α/β兩相界面處形核,并沿相界擴展形成微裂紋。隨后孔洞或裂紋沿轉變絕熱剪切帶(ASB)擴展,最終發(fā)生完全層裂。Ti-47Nb合金中的微孔洞主要在晶界或三叉晶界處形核、長大,微孔洞直接連通形成微裂紋,隨后孔洞或裂紋將繼續(xù)沿著形變ASB擴展,最終發(fā)生完全層裂。
【關鍵詞】：Ti-6Al-4V合金 Ti-47Nb合金 動高壓加載 再加載力學性能 層裂
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 鈦合金簡介10-14
• 1.2.1 鈦單質(zhì)10-12
• 1.2.2 鈦合金及其分類12-13
• 1.2.3 Ti-6Al-4V合金與Ti-47Nb合金簡介13-14
• 1.3 鈦合金在動高壓加載下的力學響應14-19
• 1.3.1 動高壓加載技術15-18
• 1.3.2 動力學響應18-19
• 1.4 材料的層裂特性簡介19-23
• 1.4.1 層裂原理19-20
• 1.4.2 層裂宏觀物理量及微觀材料學認識20-23
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容23-24
• 第2章 材料特性和實驗加載技術24-36
• 2.1 實驗材料及特性24-31
• 2.1.1 合金成分及密度24-25
• 2.1.2 初始試樣金相組織觀察25-26
• 2.1.3 室溫準靜態(tài)力學性能26-29
• 2.1.4 室溫動態(tài)力學性能29-31
• 2.2 平板撞擊實驗31-34
• 2.2.1 實驗裝置31-32
• 2.2.2 沖擊波加載裝置32-34
• 2.2.3 回收裝置34
• 2.3 層裂微觀分析34-36
• 2.3.1 金相組織觀察34
• 2.3.2 掃描電鏡觀察34-35
• 2.3.3 X射線衍射物相分析35
• 2.3.4 維氏硬度測試35-36
• 第3章 兩種鈦合金的沖擊絕熱壓縮曲線36-46
• 3.1 沖擊Hugoniot參數(shù)的預估36-40
• 3.1.1 守恒方程與測量原理36-38
• 3.1.2 沖擊Hugoniot參數(shù)及靶內(nèi)壓力預估38-40
• 3.2 兩種鈦合金的實測沖擊Hugoniot參數(shù)及Hugoniot曲線40-45
• 3.2.1 u, D與P_H狀態(tài)參量的計算40-43
• 3.2.2 實測沖擊Hugoniot參數(shù)及絕熱壓縮線43-45
• 3.3 本章小結45-46
• 第4章 動高壓加載下鈦合金的力學性能及微觀組織分析46-56
• 4.1 動高壓加載下兩種鈦合金力學性能演化分析46-51
• 4.1.1 室溫準靜態(tài)壓縮再加載力學性能46-47
• 4.1.2 室溫動態(tài)壓縮再加載力學性能47-49
• 4.1.3 維氏硬度分析49-51
• 4.2 動高壓加載下兩種鈦合金的微觀組織演化分析51-54
• 4.2.1 XRD物相分析51-53
• 4.2.2 金相分析53-54
• 4.3 本章小結54-56
• 第5章 兩種鈦合金的層裂破壞規(guī)律56-64
• 5.1 兩種鈦合金的層裂宏觀特征56-58
• 5.2 兩種鈦合金的層裂斷口形貌58-59
• 5.2.1 Ti-6Al-4V合金58
• 5.2.2 Ti-47Nb合金58-59
• 5.3 兩種鈦合金的層裂微損傷形核及擴展特征59-62
• 5.3.1 Ti-6Al-4V合金59-61
• 5.3.2 Ti-47Nb合金61-62
• 5.4 兩種鈦合金層裂破壞的微結構特征62-63
• 5.5 本章小結63-64
• 結論64-65
• 參考文獻65-70
• 致謝70-71
• 附錄71

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本文編號：665411