残余β相及α/β相界面对Ti-xV两相钛合金动态压缩失效前变形机制的影响

A series of Ti-xV alloys with different V content is selected to study the effects of retained β phase and α/β interphase on the deformation behavior in conditions of dynamic impacting. The content of vanadium for the alloys are controlled to resulting in the variations of the the microstructure features, such as the morphology and volume fraction of retained β phase, the amount of α/β interphase, the morphology and amount of alpha lamellar. The Ti-xV alloys mentioned above with a similar type of microstructure are compressed by MTS equipment or Split Hopkinson Bar system at the strain rate of 10-3/s、1000/s、2000/s、4000/s. The Optical Microscope, Transmission Electron Microscope and Orientation Imaging Microscopy are adopted to investigate the microstructure evolution versus various strain, and to analysis the type, amount and distribution of twinning and slip deformation in equiaxed α grains, α lamellae, β phase, grains adjacent to α/β interphase. Combined with the investigation of mechanical properties in conditions of various dynamic deformation parameters, the effects of retained β phase and α/β interphase on the plastic deformation mechanism of binary α+β titanium alloys are explored before dynamic compression fracture.

本项目以Ti-xV系马氏体型两相钛合金为代表，研究残余β相及α/β相界面对钛合金动态变形行为的影响。通过调整V元素含量以改变显微组织中残余β相、α/β相界面的数量、形貌等显微组织特征。利用万能试验机和分离式霍普金森压杆装置对一系列显微组织相近的Ti-xV合金试样在10-3/s、1000/s、2000/s、4000/s等不同级别应变率的条件下施加压缩载荷。利用光学显微镜、透射电子显微镜和背散射电子衍射等技术手段研究材料不同应变率条件下孪生或滑移变形在等轴α相、α片层、残余β相、α/β界面相邻晶粒中的类型、分布及数量，并结合材料在不同变形参数下所表征的力学性能的差异，探索残余β相及α/β相界面对二元马氏体型两相钛合金动态压缩失效前塑性变形机制的影响规律，从而为高动态承载性能钛合金成分及组织设计提供参考。

本项目以Ti-xV系钛合金为代表，通过调整V元素含量以改变显微组织中残余β相、α/β相界面的数量、形貌等显微组织特征。利用万能试验机和分离式霍普金森压杆装置对一系列显微组织相近的Ti-xV合金试样在不同级别应变率的条件下施加压缩载荷，研究材料不同应变率条件下孪生或滑移变形在等轴α相、α片层、β相、α/β界面相邻晶粒中的类型、分布及数量，并结合材料在不同变形参数下所表征的力学性能的差异，探索β稳定元素对钛合金动态变形失效前塑性变形机制的影响规律。研究结果表明：Ti-xV(x=2, 4, 8)合金的孪生密度与V含量和应变速率均有关联。随着V含量的增加或者应变速率的降低，孪生密度均呈现下降的变化趋势。研究得到{"10" "1" ̅"2" }型、{"11" "2" ̅"2" }型和{"11" "2" ̅"1" }型孪生Schmid因子等高线图，结合压缩组织的EBSD分析结果，证明了Schmid因子是决定当前应力状态下晶粒是否发生孪生行为的重要参数。亚稳β型Ti-16V合金准静态与动态塑性变形机制均为应力诱发ω相变且伴随{"332" }型孪生。当V含量提高至稳定β型Ti-32V合金时，β型Ti-V合金的准静态与动态塑性变形机制均转变为位错滑移机制。在剪切应变速率约为104s-1时，Ti-xV(x=2, 4, 8, 16, 32)合金的临界失稳剪切应变随V含量的提高呈现先下降后上升的变化趋势，其中Ti-2V合金的临界失稳剪切应变值最大，约为0.810；最大剪切应力的变化趋势与之相反，以Ti-16V合金的最大剪切应力为最高值，约为557MPa。从屈服强度、应变硬化能力、应变率强化能力、抵抗热软化效应的能力以及临界失稳剪切应变五个角度，综合评估具有等轴组织的Ti-xV(x=2, 4, 8, 16, 32)合金的动态力学性能，发现α+β型Ti-8V合金的综合动态力学性能最为优良。本项目以Ti-xV系钛合金为代表，通过调整V元素含量以改变显微组织中残余β相、α/β相界面的数量、形貌等显微组织特征。利用万能试验机和分离式霍普金森压杆装置对一系列显微组织相近的Ti-xV合金试样在不同级别应变率的条件下施加压缩载荷，研究材料不同应变率条件下孪生或滑移变形在等轴α相、α片层、β相、α/β界面相邻晶粒中的类型、分布及数量，并结合材料在不同变形参数下所表征的力学性能的差异，探索β稳定元素对钛