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        激光快速成形與鍛造TC4鈦合金力學行為對比研究

        向文麗 徐媛 孫坤

        引用本文:
        Citation:

        激光快速成形與鍛造TC4鈦合金力學行為對比研究

          作者簡介: 向文麗(1982?),女,云南人,碩士,實驗師,主要研究材料制備及力學行為. E-mail: wenlixiang@cxtc.edu.cn;
          通訊作者: 孫坤, sunkun@cxtc.edu.cn
        • 中圖分類號: TG37

        Comparative studies on mechnical behavior between Laser rapid forming TC4 and Forging TC4 alloy

          Corresponding author: SUN Kun, sunkun@cxtc.edu.cn
        • CLC number: TG37

        • 摘要: 采用MTS萬能材料試驗機和分離式Hopkinson Bar技術,分別對激光快速成形與傳統鍛造TC4鈦合金進行了準靜態及動態壓縮試驗,研究了2種制備方法生產TC4鈦合金的力學行為,結果顯示,在準靜態和動態壓縮變形下,鍛造TC4?1#(forging TC4?1#)等軸組織均表現出最好的塑性及強度,且呈現出較強的應變強化效應;鍛造TC4?2#(forging TC4?2#)網籃組織及激光快速成形TC4(LRF TC4)網籃組織在準靜態條件下壓縮時,表現出了相同的力學響應規律,即強度、塑性相當,應變強化效應較弱. 在動態壓縮變形下,鍛造TC4?2#網籃組織和激光快速成形 TC4沉積態網籃組織塑性相當,但前者的動態流變應力高于后者. 3種材料均為應變率敏感材料,但應變率效應不同;鍛造 TC4?2#材料顯示了最高的應變率敏感性,激光快速成形TC4材料應變率敏感性最弱,鍛造TC4?1#材料敏感性居于二者之間.
        • 圖 1  試驗材料微觀組織

          Figure 1.  Microstructure of test material

          圖 2  TC4鈦合金3種試樣分別在4種應變率下的應力?應變曲線

          Figure 2.  Stress?Strain curves of three kinds of morphology of TC4 titanium alloy under four kinds of strain?rate

          圖 3  試驗材料SEM形貌

          Figure 3.  SEM microstructure of test material

          圖 4  TC4鈦合金3種試樣不同應變率下的應力?應變對比圖

          Figure 4.  Stress-Strain curves of three kinds of morphology of TC4 titanium alloy under different kinds of strain-rate

          圖 5  TC4合金3種組織應變率敏感因子m隨應變的變化曲線

          Figure 5.  Variation curves of strain?rate sensitivity factor m with strain for three kinds of morphology of TC4 titanium alloy

          表 1  TC4合金的主要化學成分(w/%)

          Table 1.  Chemical constitution of TC4 alloy (w/%)

          合金成分AlVHFeO Ti
          TC46.103.960.00360.300.20Bal.
          下載: 導出CSV

          表 2  鍛造TC4的熱處理方法

          Table 2.  Methods of heat treatment of forging TC4 alloy

          編號熱處理組織
          1#800℃/2h/AC等軸組織
          2#1010℃/1h/AC+750℃/2h/AC網籃組織
          下載: 導出CSV
          幸运快三
        • [1] Qing X, Meyers M A, Nesterenko V F. Self-organization of shear bands in titanium and Ti?6Al?4V alloy[J]. Acta Materialia, 2002, 50(3): 575-596. DOI:  10.1016/S1359-6454(01)00356-1.
          [2] Bai Y L, Xue Q, Xu Y, et al. Characteristics and microstructure in the evolution of shear localization in ti?6al?4v alloy[J]. Mechanics of Materials, 1994, 17(2/3): 155-164. DOI:  10.1016/0167-6636(94)90056-6.
          [3] Yu J L, U J R, Wei Z G. Researches on adiabatic shear failure of tungsten heavy alloy and ti6A14V alloy[J]. Journal of Ningbo University, 2003, 16(4): 417-428.
          [4] Thijs L, Verhaeghe F, CraeghsT, et al. A study of the microstructural evolution during selective laser melting of Ti–6Al–4V[J]. Acta Materialia, 2010, 58: 3 303-3 312. DOI:  10.1016/j.actamat.2010.02.004.
          [5] Vrancken B, Thijs L, KruthJ P, et al. Heat treatment of Ti6Al4V produced by selective laser melting: Microstructure and mechanical properties[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2012, 541(541): 177-185.
          [6] Hollander D A, Walter M V, Wirtz T, et al. Structural, mechanical and in vitro characterization of individually structured Ti?6Al?4V produced by direct laser forming[J]. Biomaterials, 2006, 27(7): 955-963. DOI:  10.1016/j.biomaterials.2005.07.041.
          [7] Parthasarathy J, Starly B, Raman S, et al. Mechanical evaluation of porous titanium (Ti6Al4V) structures with electron beam melting (EBM)[J]. Journal of Themechanical Behavior of Biomedical Materials, 2010, 3(3): 249-259. DOI:  10.1016/j.jmbbm.2009.10.006.
          [8] Murr L E, Quinones S A, GaytanS M, et al. Microstructure and mechanical behavior of Ti6Al4V produced by rapid?layer manufacturing, for bio?medical application[J]. Journal of Themechanical Behavior of Biomedical Materials, 2009, 2: 20-32. DOI:  10.1016/j.jmbbm.2008.05.004.
          [9] Murr L E, Esquivel E V, Quinones S A, et al. Microstructures and mechanical properties of electron beam-rapid manufactured Ti–6Al–4V biomedical prototypes compared to wrought Ti–6Al–4V[J]. Materials Characterization, 2009, 60(2): 96-105. DOI:  10.1016/j.matchar.2008.07.006.
          [10] 陳靜, 張霜銀, 薛蕾, 等. 激光快速成形Ti?6Al?4V合金力學性能[J]. 稀有金屬材料與工程, 2007, 36(3): 475-479. DOI:  10.3321/j.issn:1002-185X.2007.03.025. Chen J, Zhang S Y, Xue L, et al. Mechanical properties of Ti?6AI?4V alloy by laser rapid forming[J]. Materials Science & Engineering, 2007, 36(3): 475-479.
          [11] 王濤, 王寧, 李陽, 等. 激光熔覆TC4鈦合金的靜態力學性能[J]. 金屬熱處理, 2018(5): 50-55. Wang T, Wang N, Li Y, et al. Static mechanical properties of laser-clad TC4 titanium alloy[J]. Heat Treatment of Metals, 2018(5): 50-55.
          [12] 樊偉剛, 張亞梅, 高倩雯, 等. 激光立體成形TC4合金的顯微組織和拉伸性能[J]. 機械工程材料, 2018, 42(11): 58-61, 66. DOI:  10.11973/jxgccl201811012. Fan W G, Zhang Y M, Gao Q W, et al. Microstructure and tensile properties of laser solid formed TC4 Alloy[J]. Materials For Mechanical Engineering, 2018, 42(11): 58-61, 66.
          [13] 朱遠志, 李豪杰, 彭歡. 不同加工方式對TC4鈦合金組織與力學性能的影響[J]. 華中師范大學學報: 自然科學版, 2019, 55(4): 503-508. Zhu Y Z, Li H J, Peng H. Effect of different processing methods on microstructure and mechanical properties of TC4 Titanium alloy[J]. Journal of Central China Normal University, 2019, 55(4): 503-508.
          [14] 張霜銀, 林鑫, 陳靜, 等. 熱處理對激光成形TC4合金組織及性能的影響[J]. 稀有金屬材料與工程, 2007, 36(7): 1 263-1 266. DOI:  10.3321/j.issn:1002-185X.2007.07.031. Zhang S Y, Lin X, Chen J, et al. Influence of heat treatment on the microstructure and properties of Ti?6Al?4V titanium alloy by laser rapid forming[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2007, 36(7): 1 263-1 266.
          [15] Bai Y L, Dodd B. Adiabatic shear localization [M]. Oxford: Pergamon Press, 1992: 125-144
          [16] Li P H, Guo W G, Huang W D, et al. Thermomechanical response of 3D laser?deposited Ti–6Al–4V alloy over a wide range of strain rates and temperatures[J]. Materials Science & Engineering A, 2015, 647(OCT. 28): 34-42.
          [17] Nicholas T, Rajendran A M. Material characterization at high strain rates [C]. Jonas. A. Zukas. High Velocity Impact Dynamic. Canada: A Wiley-interscience Publication, 1990: 127-280
        • [1] 徐媛向文麗劉晉豪孫坤 . TC6鈦合金力學行為及其失效研究. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20140706
          [2] 楊紅斌向文麗徐媛孫坤 . 熱處理對TC21合金力學性能及應變率敏感性的影響. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20150536
          [3] 徐媛向文麗劉晉豪孫坤 . 不同組織TA15鈦合金熱壓縮力學行為研究. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20150049
          [4] 孫坤徐媛劉晉豪 . TC6鈦合金4種典型組織的動態力學行為研究. 云南大學學報(自然科學版),
          [5] 徐媛向文麗楊紅斌孫坤 . 6鈦合金兩種組織高溫動態力學行為研究. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20150464
          [6] 李曉琴陳保淇杜茜丁祖德 . 高應變率下混凝土材料的力學行為*. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20160112
          [7] 顏茜舒鑫柱祝菲霞孫坤 . TC11鈦合金4種典型組織靜態力學性能對比研究. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20150354
          [8] 張西武向文麗舒鑫柱孫坤 . ZK61鎂合金鍛造組織動態力學行為各向異性研究. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20180097
          [9] 孫坤顏茜向文麗舒鑫柱徐媛 . TC6鈦合金剪切帶臨界應變及其擴展速度的實驗測定. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20170434
          [10] 徐媛孫坤鐘衛向文麗劉霖 . α相與β相比例對TC6鈦合金力學性能的影響. 云南大學學報(自然科學版),
          [11] 張達敏蔡紹洪周海平郭長睿 . 規則網格中帶人工免疫SIRS模型的動力學行為. 云南大學學報(自然科學版),
          [12] 桑鵬楊丕仁許丹朱月勛沈建新楊力權 . 堿性和中性食線蟲真菌絲氨酸蛋白酶動力學行為差異研究*. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20180135
          [13] 周志軍楊培慧馮德雄朱宇同張美義 . 青蒿素在不同電極上的電化學行為及其在血紅素作用下的還原. 云南大學學報(自然科學版),
          [14] 張為楊斌蔡伊易俊年張杰 . 水溶液中NaF締合行為的分子動力學研究. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20180726
          [15] 石茂林李洪友 . 鈦合金微弧氧化工藝參數與陶瓷膜數學模型的建立及實驗研究. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20140298
          [16] 朱保林趙爾旭趙剛萬云霞 . 南盤江流域主汛期降雨量年(代)際變率研究及趨勢預測. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20140687
          [17] 陳婷李志軍曾以成 . 高線性度低功耗OTA的實現. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.20130714
          [18] . 不同冠高騰沖栲葉片結構及其影響因子. 云南大學學報(自然科學版), doi: 10.7540/j.ynu.2012.12154
          [19] 耿森林尚志遠郭敏田華 . 強吸收固體中激光超聲脈沖的特性研究. 云南大學學報(自然科學版),
          [20] 耿森林尚志遠石煥文白雅 . 基于小波變換的激光超聲信號處理. 云南大學學報(自然科學版),
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        圖(5)表(2)
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        出版歷程
        • 收稿日期:  2020-06-10
        • 錄用日期:  2020-10-09
        • 網絡出版日期:  2020-10-21

        激光快速成形與鍛造TC4鈦合金力學行為對比研究

          作者簡介:向文麗(1982?),女,云南人,碩士,實驗師,主要研究材料制備及力學行為. E-mail: wenlixiang@cxtc.edu.cn
          通訊作者: 孫坤, sunkun@cxtc.edu.cn
        • 楚雄師范學院 材料制備及力學行為研究所,云南 楚雄 675000

        摘要: 采用MTS萬能材料試驗機和分離式Hopkinson Bar技術,分別對激光快速成形與傳統鍛造TC4鈦合金進行了準靜態及動態壓縮試驗,研究了2種制備方法生產TC4鈦合金的力學行為,結果顯示,在準靜態和動態壓縮變形下,鍛造TC4?1#(forging TC4?1#)等軸組織均表現出最好的塑性及強度,且呈現出較強的應變強化效應;鍛造TC4?2#(forging TC4?2#)網籃組織及激光快速成形TC4(LRF TC4)網籃組織在準靜態條件下壓縮時,表現出了相同的力學響應規律,即強度、塑性相當,應變強化效應較弱. 在動態壓縮變形下,鍛造TC4?2#網籃組織和激光快速成形 TC4沉積態網籃組織塑性相當,但前者的動態流變應力高于后者. 3種材料均為應變率敏感材料,但應變率效應不同;鍛造 TC4?2#材料顯示了最高的應變率敏感性,激光快速成形TC4材料應變率敏感性最弱,鍛造TC4?1#材料敏感性居于二者之間.

        English Abstract

        • 由于優良的力學、物理與化學性能,TC4鈦合金在航空航天、武器裝備等領域應用廣泛. 傳統上通常采用鍛造方法生產鈦合金,但由于生產成本及大型結構件的加工困難,近30年發展起來的激光快速成形方法迅速成為鈦合金等難加工金屬材料的制備方法. 對傳統鍛造方法生產的TC4鈦合金,國內外學者對其力學行為進行了廣泛而深入的研究[1-3],對激光快速成形TC4鈦合金,Lore Thijs[4],Bey Vrancken[5],Dirk A. Hollander[6],Jayanthi Parthasarathy[7]等制備了激光快速成形Ti?6Al?4V合金,并分別研究了激光掃描參數及掃描方式對其微結構演化的影響、幾種熱處理方式對其微結構和力學性能的影響、沉積態及經退火處理后的材料的靜態力學和結構性能. Murr等[8-9]采用電子束熔化及激光選區熔化的分層制造技術制備了簡單幾何形狀的Ti?6Al?4V樣品,研究了其微結構和靜態力學性能,并與傳統鍛造及用鑄造方法制備的Ti?6Al?4V的微結構與靜態力學性能進行了對比. 陳靜等[10]研究了激光快速成形Ti?6Al?4V合金的力學性能,相比于鍛造件,激光快速成形沉積態Ti?6Al?4V合金的拉伸性能具有高強低塑特點和更顯著的各向異性. 王濤等[11]對不同取向激光熔覆制備的TC4鈦合金試樣的準靜態力學性能進行了比較研究. 結果表明,X向試樣的抗拉強度和屈服強度均高于Z向試樣. 而Z向試樣的斷后伸長率和斷面收縮率明顯高于X向試樣. 樊偉剛等[12]研究了激光快速成形Ti?6Al?4V合金沉積態和其退火態合金的顯微組織和拉伸性能,并與傳統 TC4 合金的進行了對比. 結果表明,沉積態和退火態激光立體成形合金的拉伸性能均優于傳統退火態TC4 合金的拉伸性能. 朱遠志等[13]對比研究了激光快速成形技術,鍛造和鑄造方法制備的TC4鈦合金試樣的組織與拉伸力學性能,結果表明,3種方法制備的樣品抗拉強度和延伸率均有所區別,不同成型方式樣品力學性能的差異來自于其形成的不同微觀組織和晶粒大小. 激光快速成形TC4鈦合金樣品會在其成型快速冷卻過程中形成網籃組織,且晶粒非常細小,約為2~3 μm. 鍛造樣品成型時形成等軸組織,晶粒尺寸約為10 μm,且微觀組織比3D打印和鑄態合金更加均勻,因而具有更高的延伸率.

          目前,針對激光快速成形鈦合金與傳統鍛造生產鈦合金對比研究主要從靜態力學行為差異進行比較,而動態力學行為方面對比研究還鮮有報道. 本文利用MTS萬能材料試驗機和分離式Hopkinson Bar技術,分別對激光快速成形與傳統鍛造TC4鈦合金進行了準靜態及動態壓縮試驗,研究2種制備方法生產TC4鈦合金的力學行為,為激光快速成形生產鈦合金提供相應的數據參考,為工程應用選材提供可靠的數據支持,具有重要的工程應用價值.

          • 實驗用激光快速成形TC4(Laser rapid forming TC4,以下簡稱LRF TC4)鈦合金由西北工業大學凝固國家重點實驗室生產,其工藝參數參閱文獻[14]. 由激光快速近凈成形技術形成的TC4沉積態原始微觀組織如圖1(a)所示,由于快速熔融和快速冷卻緣故,其組織為細小針狀網籃組織,平均板條寬約為0.2 μm.

            圖  1  試驗材料微觀組織

            Figure 1.  Microstructure of test material

            鍛態TC4鈦合金是西北有色金屬研究院生產的直徑為Φ35的棒材,其成分如表1所示. 通過表2所示熱處理工藝,獲得該材料的等軸及網籃組織. 等軸組織中等軸α相呈現鍛造變形拉長態,晶粒平均尺寸約為10~20 μm,網籃組織的α板條平均寬約為0.35 μm,2種組織的微觀形貌分別如圖1(b)、圖1(c)所示.

            合金成分AlVHFeO Ti
            TC46.103.960.00360.300.20Bal.

            表 1  TC4合金的主要化學成分(w/%)

            Table 1.  Chemical constitution of TC4 alloy (w/%)

            編號熱處理組織
            1#800℃/2h/AC等軸組織
            2#1010℃/1h/AC+750℃/2h/AC網籃組織

            表 2  鍛造TC4的熱處理方法

            Table 2.  Methods of heat treatment of forging TC4 alloy

          • 采用楚雄師范學院材料制備及力學行為研究所100 KN微機控制MTS萬能材料試驗機,對LRF TC4材料沉積態及鍛造TC4鈦合金1#(forging TC4?1#)、鍛造TC4鈦合金2#(forging TC4?2#)進行室溫準靜態壓縮試驗,試驗應變率為0.001 s?1;采用楚雄師范學院材料制備及力學行為研究所的Φ14.5 mm高溫、高應變率耦合分離式Hopkinson壓桿系統,分別對上述3種材料Φ5×5 mm圓柱試樣進行室溫高應變率動態壓縮試驗,試驗條件為:室溫,200 mm撞擊桿,應變率分別為2200 s?1和3400 s?1.

          • 圖2為3種試樣在不同應變率下的應力?應變曲線,其中圖2(a)為3種試樣準靜態下的壓縮應力?應變曲線,圖2(b)(d)圖為3種試樣分別在不同高應變率下的動態壓縮應力?應變曲線.

            圖  2  TC4鈦合金3種試樣分別在4種應變率下的應力?應變曲線

            Figure 2.  Stress?Strain curves of three kinds of morphology of TC4 titanium alloy under four kinds of strain?rate

            圖2(a)可看出,在準靜態壓縮變形下,3種試樣中,鍛造TC4?1#表現出了最好的塑性及強度,且在準靜態變形中呈現出了應變強化效應. 鍛造TC4?2#及LRF TC4在準靜態條件下壓縮時,表現出了相同的力學響應規律:強度、塑性相當,應變強化效應較弱.

            圖2(b)(d)為3種試驗材料在應變率分別為2200、2800、3400 s?1動態壓縮時的應力?應變曲線. 3種試樣在高應變率變形中,其應力?應變曲線均呈現出振蕩的特點. 由于材料在高應變率加載條件下的變形過程時間極短,由塑性功轉化來的熱量引起的熱軟化效應與應變增大時由位錯增殖引起的加工硬化效應及由應變率增大引起的應變率硬化效應共存,軟化效應和硬化效應相互競爭導致材料塑性變形階段呈現振蕩特征. 試驗結果與材料在高應變率條件下的動態力學響應的經典公式吻合[15]. 同時,2種生產工藝制備的3種試樣也呈現出不同的動態力學性能,鍛造TC4?1#等軸組織試樣具有最高的動態流變應力及應變,強度和塑性綜合性能最佳,鍛造 TC4?2#網籃組織和LRF TC4沉積態網籃組織塑性相當,但前者的動態流變應力高于后者.

            無論是準靜態還是動態條件下變形,鍛造TC4?1#均具有最高的強度及塑性,表明組織形貌對材料力學性能影響巨大. 由于鍛造TC4?1#中等軸α相呈球狀,取向任意,變形協調性好,同時等軸α相具有較強的抗裂紋萌生的能力,有利于TC4鈦合金塑性和沖擊性能的提高,故鍛造 TC4?1#等軸組織表現出優異的塑性,而持續的塑性變形將使位錯大量增殖,使材料強度持續不斷增大,直至斷裂. 而鍛造TC4?2#及LRF TC4沉積態組織均為網籃組織,其組織相互交織且沿一定位向排列,變形過程中的變形協調性較差使其塑性也相對較差,易過早斷裂,因而其強度也較鍛造 TC4?1#差. 鍛造 TC4?2#及LRF TC4沉積態在準靜態下強度、塑性相當,而動態條件下,鍛造 TC4?2#強度較LRF TC4沉積態好,可能與鍛態組織較為密實,而激光快速成形由于快熔快冷使成形材料中存在孔洞及搭接缺陷有關[16]. 圖3為鍛造TC4?2#及LRF TC4的SEM形貌,圖3(a)顯示了鍛造TC4?2#材料緊湊密實形貌,而LRF TC4則由于激光快速熔融及快速冷卻過程中的溫度不均勻性,造成了材料中搭接處出現了裂紋及孔洞,對材料的力學性能造成了不利影響,一定程度上導致激光快速成形LRF TC4沉積態網籃組織試樣的動態力學性能稍次于鍛造TC4?2#網籃組織試樣.

            圖  3  試驗材料SEM形貌

            Figure 3.  SEM microstructure of test material

          • 圖4為3種材料分別在不同應變率下應力?應變曲線. 從圖中可看出,當應變率從10?3(準靜態壓縮)變化到103(動態壓縮)數量級時,3種材料的流變應力顯著提高;當應變率為103(動態壓縮),應變率分別為2200、2800、3400 s?1時,3種試樣流變應力也呈逐漸增加的趨勢,當應變率為3400 s?1時,試樣的應力應變曲線整體高度均在2200 s?1和2800 s?1上方,即流變應力最大,呈現最大的強度,當應變率為2800 s?1時,試樣的應力應變曲線整體高度次于3400 s?1曲線,介于3400 s?1和2200 s?1之間,即其流變應力和強度次于3400 s?1并大于2200 s?1 時對應的流變應力和強度,而應變率為2200 s?1時最弱. 由此可見,激光快速成形與傳統鍛造TC4鈦合金試樣均表現出較強的應變率強化效應,均為應變率敏感材料,即應變率越大,流變應力越大的規律.

            圖  4  TC4鈦合金3種試樣不同應變率下的應力?應變對比圖

            Figure 4.  Stress-Strain curves of three kinds of morphology of TC4 titanium alloy under different kinds of strain-rate

            為了量化比較激光快速成形與傳統鍛造TC4鈦合金試樣的應變率效應,采用式(1)定義的應變率敏感因子m對3種試樣在高應變率加載條件下的應變率效應進行定量分析[17]

            $m = \frac{{{\sigma _{\rm{D}}} - {\sigma _{\rm{S}}}}}{{{\sigma _{\rm{S}}}}},$

            式中σDσS分別代表高應變率下的流變應力和準靜態下的流變應力.

            根據式(1),計算了3種材料在應變率2200 s?1且不同規定應變時的應變率敏感因子. 3種材料應變率敏感因子m隨應變的變化曲線如圖5所示.

            圖5可看出,應變率2200 s?1條件下加載時,激光快速成形與傳統鍛造TC4鈦合金試樣應變率敏感因子m均隨應變的增大而下降,即應變率敏感性均隨應變的增大而下降,這是因為:如前所述,高應變率加載條件下,應變硬化效應和溫度熱軟化效應相互競爭,隨應變增大,材料中熱軟化效應增強,應變強化效應減弱,使得3種組織的動態流變應力均有不同程度的下降(σD ↓)所致.

            圖  5  TC4合金3種組織應變率敏感因子m隨應變的變化曲線

            Figure 5.  Variation curves of strain?rate sensitivity factor m with strain for three kinds of morphology of TC4 titanium alloy

            圖5可同時可看出3種試樣應變率效應不同,應變率敏感性隨應變增大而下降的程度不一樣,鍛造TC4?2#網籃組織試樣應變率整體曲線最高,鍛造TC4?1#等軸組織試樣曲線居于鍛造TC4?2#和LRF TC4之間,激光快速成形TC4網籃組織試樣最低. 即鍛造TC4?2#試樣顯示了最高的應變率敏感性,LRF TC4試樣應變率敏感性最弱,鍛造 TC4?1#試樣敏感性居于二者之間.

          • 采用MTS試驗機及霍普金森壓桿,對鍛造和激光快速成形TC4鈦合金圓柱形試樣進行了準靜態及動態壓縮試驗,對比分析了2種不同生產方式制備的TC4鈦合金試樣的力學行為,結論如下:

            (1)激光快速成形和傳統鍛造2種不同方法形成的顯微組織和晶粒尺寸有所區別,鍛造TC4?1#(forging TC4?1#)為等軸組織,晶粒平均尺寸約為10~20 μm,尺寸最大,鍛造TC4?2#(forging TC4?2#)網籃組織,平均寬約為0.35 μm,激光快速成形TC4(LRF TC4)為細小針狀網籃組織,平均板條寬約為0.2 μm,尺寸最小,材料中搭接處有裂紋及孔洞.

            (2)激光快速成形LRF TC4、鍛造TC4?1#、鍛造TC4?2#準靜態和動態力學性能有所差異,不同成型方法產生的試樣組織形貌和晶粒尺寸的差異一定程度上造成其力學性能的差異.

            (3)在準靜態壓縮變形下,鍛造TC4?1#等軸組織試樣表現出最好的塑性及強度,且呈現出較強的應變強化效應. 鍛造TC4?2#網籃組織及LRF TC4沉積態網籃組織試樣強度、塑性相當,應變強化效應較弱.

            (4)在動態壓縮變形下,鍛造TC4?1#等軸組織試樣具有最高的流變應力及應變,鍛造TC4?2#網籃組織和LRF TC4激光快速沉積態網籃組織塑性相當,但前者的動態流變應力高于后者. LRF TC4快熔快冷溫度不均勻性對材料的力學性能造成了不利影響,一定程度上導致LRF TC4沉積態網籃組織試樣的動態力學性能不及鍛造TC4?2#網籃組織試樣.

            (5)鍛造TC4?1#、鍛造TC4?2#和LRF TC4均為應變率敏感材料,但應變率效應不同;3種材料中,鍛造TC4?2#網籃組織試樣顯示了最高的應變率敏感性,LRF TC4網籃組織試樣應變率敏感性最弱,鍛造TC4?1#等軸組織試樣敏感性居于二者之間.

        參考文獻 (17)

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