TC4热氧化钛合金内空半球壳体的动态响应

利用有限元程序对TC4(Ti-6Al-4V)热氧化钛合金内空半球壳体进行子弹冲击模拟,基于准静态压缩实验和动态Hopkinson压杆实验数据,研究了径厚比、冲击速度、应变率效应对TC4热氧化钛合金内空半球壳体动态响应的影响,得到了不同工况下的TC4热氧化钛合金内空半球壳体的接触力峰值以及顶点位移.TC4热氧化钛合金的材料模型由实验数据拟合得到的考虑应变率效应和温度效应的Johnson-Cook本构方程描述,其中,实验数据由Hopkinson压杆技术测得.结果表明:接触力峰值和顶点位移均与径厚比成反比;接触力峰值和顶点位移均与冲击速度成正比;考虑应变率效应更能反映TC4热氧化钛合金内空半球壳体的抗冲击能力和抗变形能力.     

室温下TC11钛合金准静态拉伸力学性能实验研究

针对典型航空材料TC11钛合金的拉伸性能,采用准静态拉伸实验对不同应变率条件下的TC11钛合金的应力-应变关系进行了研究,利用扫描电镜分析了其拉伸断口形貌。实验结果表明:TC11钛合金具有一定的应变率敏感性,抗拉强度和屈服强度均会受到应变率的影响;准静态拉伸时TC11钛合金试样出现了颈缩现象,试样截面形状为杯锥状,试样断口存在光滑的剪切唇区和灰色的纤维区,其断裂属于韧性断裂,但是其韧性较差;TC11钛合金拉伸断口形貌主要为大小不一的韧窝,随着应变率的增大,试样拉伸断口韧窝的大小和深度均变小,同时出现了少量的撕裂棱和准解理面,试样的断裂机制为以韧性断裂为主和伴有准解理断裂。因此,在准静态拉伸条件下,TC11钛合金的力学行为与应变率有关。     

TC6钛合金力学行为及其失效研究

采用高温、高应变率耦合分离式Hopkinson Bar系统和100 KN微机控制电子万能试验机系统,对等轴晶粒组织的TC6钛合金圆柱形及帽形试样进行了力学试验,研究了其力学行为及其失效机理.结果表明:等轴晶粒组织TC6钛合金在准静态下变形时呈现应变强化效应,而在高应变速率下变形时,热软化与应变强化共存,流变应力呈现振荡,且表现出较强的应变率效应;TC6钛合金的动态变形表现为局域化变形,且在局域化变形区域出现裂纹,裂纹在此区域扩展贯穿整个试样,最终导致失效,而准静态下材料的变形表现为均匀化变形,当应变达到0.4时,材料沿最大剪切应力方向断裂失效.     

TC6钛合金剪切带临界应变及其扩展速度的实验测定

采用分离式霍普金森压杆技术和一种新型限位试验方法对TC6钛合金进行了动态压缩试验,使用光学显微镜、扫描电子显微镜分析了TC6钛合金变形到不同应变量时所产生绝热剪切带的微观形貌,通过与宏观力学响应相对应,研究了TC6钛合金圆柱试样中绝热剪切带刚萌生时对应的临界应变及绝热剪切带的扩展速率.结果表明:在高应变率下,材料绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程;在应变率为2.5×10~3s~(-1)时,TC6钛合金动态压缩时绝热剪切带萌生时对应的临界应变为0.126 9,其扩展速率大约为87 m/s.     

热处理对TC21合金力学性能及应变率敏感性的影响

采用万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆,分别对不同热处理制度下的TC21合金试样进行测试,研究热处理对TC21合金静态、动态力学性能及其应变率敏感性的影响.结果表明,在准静态下,1#双态组织塑性最好,强度较低;2#三态组织的塑性相对较好,强度也有所增强;3#网篮组织的强度较高,但塑性较差;4#固溶时效组织的强度与3#相当,且具有更好的塑性.在高应变率下,1#表现出最大的应变,但流变应力最低;2#流变应力相对较高,但断裂应变更小;3#流变应力最高,断裂应变最小;4#流变应力与3#相当,但应变稍大.4种组织在高应变率下都表现出应变率敏感性,高低依次为4#3#2#1#.     

TC6钛合金4种典型组织的动态力学行为研究

 采用分离式霍普金森压杆技术,研究了4种典型组织TC6钛合金试样在高应变率加载条件(10³ s^-1)下的动态力学行为,并分析了原始组织对动态力学行为的影响.结果表明:在高应变率加载条件下,4种典型组织TC6钛合金的流变应力显示了相同的变化规律:变形初期,应变较小时,流变应力随应变增加快速增加;随后流变应力出现振荡,应力达到峰值后,流变应力随应变的增大而逐渐减小,呈现稳态流变;最后流变应力快速下降;在10³ s^-1数量级的高应变率加载条件下,随着应变率的增加,4种组织的流变应力均呈上升趋势;4种组织TC6钛合金都是应变率敏感材料,但4种组织的应变率效应不同;63#网蓝组织显示了较高的应变率敏感性,64#固溶时效组织则表现出较低的应变率敏感性,61#等轴组织和62#双态组织应变率敏感性相当.     

选区激光熔化成型TC4钛合金的拉伸性能

为实现选区激光熔化成型的TC4钛合金在军用航空上的应用,减小选区激光熔化成型的TC4钛合金垂直沉积方向(XY方向)与平行沉积方向(Z方向)的拉伸性能差异,在室温状态下对选区激光熔化成型的TC4钛合金进行准静态拉伸试验,结果表明选区激光熔化的TC4钛合金两种方向取样的拉伸性能都达到了中国与美国AMS宇航钛合金标准。TC4钛合金沿XY向取样合金的抗拉强度与屈服强度要略高于沿Z方向取样,断后伸长率与断面收缩率略小于沿Z方向取样。合金断口为韧窝特征形貌,与XY方向取样相比,Z方向取样断口剪切唇区域尺寸分布比例略小,纤维区差异不大。     

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s-1下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2 000 s-1,屈服强度略微提高.      

TC4钛合金加工图及其在板材轧制工艺分析中的应用

TC4钛合金在航空航天工业中有着广泛的应用,热塑性加工中的微观组织演变对其使用性能具有重要的影响。该文通过热-力实验分析,得到TC4合金的加工图,并将加工图信息集成在有限元分析中,对板材轧制工艺进行分析。对TC4钛合金进行等温单向压缩实验获得了材料的流动应力,变形温度为800～1 050℃,应变速率为0.01～20s-1。采用动态材料模型(dynamic material model,DMM)绘制出TC4钛合金的加工图,并通过对压缩的微观组织检查分析验证了加工图的有效性。由加工图可知,在1 000～1 050℃应变速率0.01s-1的区域稳定性最好,为超塑性成形区域,在800～900℃应变速率0.1～20s-1的条件不利于塑性加工,应当避免在此区域加工。通过二次开发,将加工图的信息作为有限元程序DEFORM-2D的后处理变量在成形件中显示,从而直观地显示板材轧制变形不同位置的成形性能。在TC4轧制过程中,板坯基本处于功率耗散效率较高的安全区,有利于材料塑性成形。     

夹层板系统压缩力学性能试验研究

夹层板系统以其优越的力学性能在工程领域得到广泛应用。对夹层板系统在不同加载速率下的压缩力学性能进行了试验研究。首先对钢-聚氨酯-钢夹层板系统进行了准静态压缩试验,得到夹层板系统的准静态等效应力-应变曲线;并对同一组试样,基于分离式霍普金森压杆试验装置,进行了动态冲击压缩试验。近似等效SHPB试验原理,分析夹层板系统的动态力学性能。比较分析结构的破坏形式和原因,为新型结构的优化设计和应用提供参考。     

EBM成型TC4钛合金研究进展

电子束熔化成型技术（electron beam melting,EBM）是3D打印的代表性技术之一,特别适合传统工艺不易加工的Ti-6Al-4V合金（TC4钛合金）的快速成型,目前在航空航天、化工、生物医疗等领域展示出巨大的应用前景。从EBM的原理出发,综述了EBM制备TC4钛合金的显微组织、缺陷以及力学性能。分析了受成型工艺参数和成型件位置等因素影响的冷却速度的变化所导致的TC4钛合金的显微组织发生变化;并指出了导致TC4钛合金出现缺陷的主要原因。EBM成型TC4钛合金的拉伸性能已与锻造TC4钛合金相当,其较低的疲劳强度可以通过热等静压处理提高。     

不同组织TA15钛合金热压缩力学行为研究

采用gleeble-1500 热模拟试验机,对TA15钛合金4种典型组织试样进行了高温准静态压缩试验,研究了不同原始组织的TA15钛合金高温压缩力学行为,不同组织对其高温准静态力学性能及温度敏感性的影响.结果表明:在同一温度下,4种组织的流变应力随温度的升高而降低,且最初流变应力随应变的增加快速增加,当流变应力达到一个峰值后,逐渐下降,最后处于稳定流变状态;不同的组织对TA15钛合金高温准静态力学性能有很大影响;600 ℃变形时,网篮组织的温度敏感性最低,固溶时效组织其次,双态组织第三,等轴晶粒组织温度敏感性最高;700~900 ℃下变形,各组织温度敏感性的排序不变,但网篮组织的温度敏感性和其它3种组织温度敏感性的差距缩小;当在超过相变温度的1000 ℃下变形时,各试样的组织完全相同,其温度敏感性不再有任何差异,其力学性能也几乎相同.     

加工工艺对高强度15-5PH钢力学性能与侵彻性能的影响

为获得加工工艺对高强度钢性能的影响,选取激光选区熔化（selective laser melting,SLM）和锻造工艺加工弹丸,通过镜像观测、准静态、SHPB和混凝土侵彻等研究手段,对比分析了三种SLM制造工艺以及锻造工艺对于15-5PH钢性能的影响.结果表明,SLM技术细化了15-5PH钢组织的晶粒,SLM成型的15-5PH钢力学性能有提升,其中SLM-B工艺的提升效果明显,SLM-B成型的15-5PH钢的准静态屈服强度相较于锻造工艺提升幅度达13.1%;其动态屈服强度相较于锻造工艺钢提高了9.0%;且SLM-B工艺对弹丸抗磨蚀性能最好.试验结果表明SLM工艺提高了15-5PH钢力学性能和抗磨蚀能力.     

聚碳酸酯压缩力学性能实验研究

聚碳酸酯(PC)是一类玻璃态非晶聚合物材料,由于其出色的耐热和抗冲击性能,被广泛地应用于国防军事和工业领域。为获得聚碳酸酯的压缩力学性能,采用MTS810材料实验机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对聚碳酸酯进行了准静态压缩试验和动态压缩试验,获得了聚碳酸酯在10-4s-1~103s-1应变率范围内应力应变曲线,分析应变率对聚碳酸酯屈服应力的影响规律。结果表明:聚碳酸酯在压缩时,随着应变率的增大屈服应力逐渐增大,在不同应变率范围内,屈服应力与对数应变率关系可以用二次函数和线性关系描述;与静态压缩相比,动态压缩软化效应减弱,而被随后而至的强化效应所取代,表明高应变率下应变软化和应变硬化存在竞争趋势。     

TC11钛合金β相区热变形行为及组织演变的研究进展

综述了在TC11钛合金β相区热变形机制和微观组织演变方面的主要研究方法和成果．讨论了TC11钛合金β锻造的应力-应变曲线特征、本构关系方程、应变激活能参数,以及变形参数与组织演变机制的关系．对进一步的研究工作提出了参考性的建议．     

TC4钛合金板带高温成形性能研究

以TC4钛合金板带为研究对象,重点对其高温下的强度和热导率以及表面氧化皮等进行试验研究和分析.TC4钛合金的屈服强度和抗拉强度以及屈强比均随温度的升高而降低.所测合金的比热容范围为0.61~1.14 J/（kg·K）,热辐射系数为0.58.TC4合金表面氧化缺陷层主要由外侧含氧量较高的氧化皮和内侧的富氧层组成.随加热温度的升高和保温时间的延长,富氧层会向合金基体延伸使其氧化层厚度增加.在较高的应变速率和较低的变形温度下,TC4合金的变形抗力增加明显.应力-应变曲线随应变速率的降低由加工硬化型向动态再结晶型转变,变形温度越高其发生动态再结晶的临界变形量越小.     

3D激光沉积增材制造TC4高应变率动态力学行为及本构关系研究

通过对3D激光沉积TC4在较宽温度（298~1 073 K）和应变率范围（0.001~5 000 s^-1）内的单轴压缩试验,系统研究了该材料的塑性流动行为,分析了材料的微观组织特性及其变形断裂微观机制.结果表明材料在压缩载荷下具有明显的应变率硬化和温度软化效应.在压缩加载条件下,材料的破坏模式为绝热剪切带的萌生和拓展,而初始缺陷成为诱导剪切带形成的主要原因.3D激光沉积TC4材料屈服强度与铸造TC4接近,略低于传统锻造TC4.文中基于位错动力学热激活理论建立了可以较好描述材料在不同温度不同应变率下的塑性流动行为物理概念的本构模型.     

不同应变率下冰的动态力学行为及毁伤效应分析

为了解冰材料在宽应变率范围内的动态压缩力学特性,利用准静态压缩实验装置和分离式Hopkinson压杆（SHPB）装置开展了应变率为10^-4~10³ s^-1范围内-20℃冰试件的动态压缩实验,测得了冰在该应变率范围的单轴压缩强度处于8.44~40.70 MPa之间,并进一步研究了其动态压缩强度随应变率变化的演化规律,给出了相应的数学表达式;利用修正的含高压高应变率效应的冰本构模型,通过二次开发技术将其嵌入到有限元软件LS-DYNA中,数值研究了冰弹高速撞击铝合金靶板的毁伤规律.     

TC11钛合金4种典型组织静态力学性能对比研究

采用4种热处理工艺制备了等轴、双态、网篮、固溶时效4种不同组织的TC11钛合金棒材,并采用MTS万能材料试验机测试其室温准静态拉伸性能,研究了不同的热处理制度对其微观结构和力学性能的影响.结果表明:不同的热处理工艺,将得到不同的微观组织,在不同的显微组织结构中,等轴(球状)初生α相和β转变组织的含量以及β转变组织中次生α相的形貌明显不同;4种不同组织形貌的TC11钛合金的静态力学性能有显著的差异,在4个组织中,固溶时效组织和双态组织强度较高,但塑性却较差,等轴组织和网篮组织塑性较好,但强度则较低.     

不同加载应变率下钨合金变形及破坏机理研究

采用准静态压缩、霍普金森动态压缩以及爆炸加载3种不同加载方式,研究了钨质量分数为97.5%的高钨合金在不同加载应变率条件下的变形以及破坏机理.试验结果表明:钨合金在应变率为10-4s-1准静态加载条件下,大量钨颗粒在与轴向呈45°方向发生拉伸塑性变形并在径向发生解理断裂;在应变率为103s-1量级的动态压缩条件下,钨合金在与加载应力呈45°方向发生了局部剪切,径向外表面发生钨-钨断裂以及钨颗粒解理断裂;爆炸加载应变率达到105～106s-1的条件下,钨合金内部产生大量钨颗粒碎块,且在个别钨颗粒内产生条状花样,同时钨颗粒内部产生大量形变孪晶作为裂纹萌生源,增加了钨合金内钨颗粒解理断裂.钨合金在高应变率加载条件下为纯脆性断裂.