兩相鈦合金拉伸力學行為的研究.pdf

1、輕質高強的α+β型鈦合金在軍事和民用領域內具有廣泛的應用，這類合金在服役過程中往往會遇到極端環(huán)境和極端加載條件，因此必須對α+β型鈦合金力學性能的準確測試和有效表征開展系統(tǒng)的研究。本文針對兩相鈦合金TC11在較寬溫度和應變率范圍內的拉伸力學行為進行了實驗、宏觀表征和細觀數(shù)值模擬等研究，主要工作包含如下幾個方面:
　　1.對高應變率拉伸加卸載試驗系統(tǒng)進行了改進，設計了變截面前置金屬短桿和高剛度的限位機構，實現(xiàn)了更高應變率的沖擊拉伸加

2、卸載試驗。對TC11實施了環(huán)境溫度213～873K、應變率0.001～1150s-1范圍內拉伸力學行為的實驗研究。利用沖擊拉伸試驗系統(tǒng)獲得了高應變率(102～103s-1)范圍內TC11的絕熱應力-應變曲線，利用沖擊拉伸復元試驗技術獲得了高應變率范圍內的等溫應力-應變曲線，利用沖擊拉伸加卸載試驗技術實施了變溫度和變應變率測試。試驗結果表明，TC11是典型的彈塑性材料，其拉伸力學行為呈現(xiàn)出明顯的溫度和應變率敏感特征，具體表現(xiàn)如下:初始屈服

3、應力隨應變率的提高而增大，其力學行為呈現(xiàn)出明顯的應變率強化效應，且在中應變率范圍，呈現(xiàn)出應變率不敏感向應變率敏感的轉折;初始屈服應力隨溫度的升高而減小，其力學行為呈現(xiàn)出明顯的溫度軟化效應，但在573-723K出現(xiàn)一個“反常溫度區(qū)間”，即初始屈服應力表現(xiàn)出對溫度的不敏感;等溫塑性硬化行為在測試的溫度和應變率范圍內呈現(xiàn)出溫度和應變率不敏感特征，高應變率加載下的瞬態(tài)絕熱溫升是引起材料應變硬化率明顯降低的主要原因;變溫度和變應變率測試結果表明，

4、高應變率加載時材料內的熱功轉換系數(shù)約為0.9，且其拉伸力學行為無明顯的溫度和應變率歷史效應。
　　2.對拉伸變形后TC11試件的顯微組織以及斷口形貌進行了觀察。結果表明，初生等軸α晶和葉β片層晶群在頸縮區(qū)內的局部塑性變形量可高達50％，且由于其晶體結構和應力狀態(tài)的復雜性，內部顯微組織呈現(xiàn)出明顯的非均勻變形現(xiàn)象。裂紋在初生α晶和α+β片層晶群內部隨機穿過，斷口形貌由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇組成，三個區(qū)域依次對應觀察到較深的等軸韌窩、較

5、淺的韌窩和拋物狀韌窩，TC11拉伸斷裂機理為典型的韌性斷裂。TC11的顯微斷裂應變遠大于其失穩(wěn)應變值，且隨著溫度的升高或應變率的提高而增大，呈現(xiàn)出高溫高速韌現(xiàn)象。
　　3.結合TC11拉伸力學行為的特征，提出了一個修正的Johnson-Cook宏觀唯象本構模型。修正模型計及了高應變率加載時絕熱溫升對材料應變硬化率的軟化效應，以及溫度和應變率對初始屈服應力和應變硬化行為不同的影響?；赥C11在不同溫度和應變率加載時的等溫和絕熱應力

6、-應變曲線，確定了修正Johnson-Cook模型的材料參數(shù)，并利用變溫度和變應變率加載試驗結果驗證了該修正模型的有效性。模型擬合結果和試驗結果吻合較好，說明該修正模型能較好地表征TC11在較寬溫度和應變率范圍內的拉伸力學行為。
　　4.基于經(jīng)典晶體塑性理論和等應力均勻化方法建立了初生α晶和α+β片層晶群的各向異性本構表征;利用隨機程序和有限元結合的辦法生成了計及初生α晶和α+β片層晶群的種類及其取向分布規(guī)律的細觀數(shù)值模型;通過對