合金元素含量对Ti-6Al-4V合金动态力学性能的影响

来源 :北京有色金属研究总院 | 被引量 : 7次 | 上传用户:elongyu888
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Ti-6Al-4V合金是1954年美国研制成功的典型的α+β型钛合金,兼具α型钛合金和β型钛合金的优点,被广泛应用在航空、舰船及国防工业等领域。在这些领域的应用过程中,经常会遇到强冲击等涉及高应变率加载的作用,这就要求钛合金在高应变率下具有良好的动态力学性能。钛合金的性能取决于合金成分、组织状态、相的组成及分布等微观特征。本文对四种成分不同的Ti-Al-V合金(1#Ti-6.8Al-5V ELI、2#Ti-6Al-4V ELI、3#Ti-5Al-3V ELI和间隙元素含量高的4#Ti-6Al-4V)进行分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson PressureBar,简称SHPB)实验,分析了合金元素含量、组织状态和初生α相的含量对Ti-6Al-4V合金动态力学性能的影响规律,并采用光学显微镜观察了发生剪切失效破坏试样的显微组织。研究结果如下:在间隙元素含量差别不大的情况下,间隙元素含量低的1#、2#、3#合金相比,随着主成分Al和V含量的增加,等轴组织试样和魏氏组织试样的平均动态流变应力(σ)、均匀动态塑性应变(ε)和冲击吸收功(E)都依次增加,动态力学性能有所提高;随着主成分Al和V的增加,初生α相含量相同的双态组织表征动态力学性能的三个特征参数σ、ε和E的变化没有呈现出规律性;2#和4#合金对比,随着间隙元素O、C和杂质元素Fe含量的增加,合金试样的σ和E均增加,ε减小,并且在等轴、双态和魏氏组织中均表现出此规律。在每种Ti-Al-V合金中,ε和E均按等轴、双态和魏氏组织的顺序依次减小,σ也按此顺序呈降低趋势。因此,等轴组织具有较好的动态力学性能。四种Ti-Al-V合金初生α相含量约为46%、56%和66%的双态组织,随着初生α相含量的增加,表征动态力学性能优劣的三个特征参数σ、ε和E的变化没有呈现出规律性。在4000s-1应变率下,所有试样都发生了剪切破坏,将试样沿纵剖面切开,可观察到一条平直白亮剪切带,裂纹在圆柱试样的圆柱面形成,并从试样的外围向中心扩展,与绝热剪切带的形成和扩展方向一致。在试样端面可观察到多条圆弧形的剪切带,并且从弧度上看这些圆弧类似于同心圆弧,剪切带之间间隔着一定的距离,有些剪切带发生了分叉现象,裂纹在剪切带内形核、长大和聚合,导致了剪切带两边基体的分离,使试样断裂。由此可知,绝热剪切带与导致断裂的裂纹密切相关。
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