《兩相鈦合金高溫動態拉伸力學行為的研究》是依託中國科學技術大學，由汪洋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：兩相鈦合金高溫動態拉伸力學行為的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：汪洋
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
通過對兩相鈦合金實施低溫、常溫和高溫環境的準靜態和高應變率拉伸試驗，研究其拉伸力學行為的溫度和應變率相關性；在進一步改進和完善衝擊拉伸加卸載試驗技術的基礎上，實施不同環境溫度和應變率的衝擊拉伸復元試驗、不同應變率的衝擊拉伸溫度跳躍試驗和不同環境溫度的衝擊拉伸應變率跳躍試驗，深入研究鈦合金的熱力耦合特性以及溫度和應變率歷史效應；利用上述試驗技術並結合材料微觀結構分析手段，研究鈦合金在拉伸載入下溫度、應變率相關的塑性變形、損傷和破壞機理以及微觀組織的演化規律；建立計及溫度影響、應變率影響和熱力耦合效應的巨觀本構模型和基於晶體塑性理論的多晶細觀數值本構模型，以表征鈦合金的巨觀拉伸力學行為和微結構演化機制。上述超常環境和載入條件下（高低溫和高應變率）拉伸力學行為的測試、分析和表征研究將為鈦合金的工程套用和設計及材料改性提供可靠的實驗數據和理論依據。
結題摘要
輕質高強的兩相鈦合金作為結構材料在軍事和民用領域內具有廣泛的套用，其在服役過程中可能會遇到極端環境和極端載入條件，如高溫和高應變率，準確測試和有效表征兩相鈦合金溫度和應變率相關的力學行為對於工程結構設計是十分必要的。本項目針對鈦合金TC11在較寬溫度（環境溫度213-873K）和應變率（0.001-1150/s）範圍內的拉伸力學行為進行了測試和表征。改進了高應變率拉伸加卸載試驗系統，設計了變截面前置金屬短桿和高剛度的限位機構，實現了更高應變率的衝擊拉伸加卸載試驗。基於衝擊拉伸試驗技術，獲得了高應變率下TC11的絕熱應力-應變曲線；基於衝擊拉伸復元試驗技術，獲得了高應變率下TC11的等溫應力-應變曲線；基於衝擊拉伸加卸載試驗技術，實施了溫度跳躍和應變率跳躍試驗。測試結果表明，TC11的拉伸力學行為呈現出明顯的溫度和應變率敏感特徵。初始屈服應力隨應變率的增加而增大，呈現出明顯的應變率強化效應；初始屈服應力隨環境溫度的升高而減小，呈現出明顯的溫度軟化效應；等溫塑性應變硬化行為呈現出對溫度和應變率的不敏感性，高應變率載入下的瞬態絕熱溫升是導致材料應變硬化率顯著降低的主要原因；高應變率載入時TC11的熱功轉換係數約為0.9，且其拉伸力學行為無明顯的溫度歷史效應和應變率歷史效應。拉伸變形後試件的斷口形貌觀察結果表明，TC11的拉伸斷裂機理為典型的韌性斷裂。結合TC11拉伸力學行為的特徵，提出了修正的Johnson-Cook巨觀唯象本構模型。修正模型同時計及了高應變率載入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的不同影響；給出了合理確定本構模型參數的實驗方法，並利用溫度跳躍和應變率跳躍試驗結果驗證了修正模型的有效性，較好地表征了TC11在較寬溫度和應變率範圍內的拉伸力學行為。基於經典晶體塑性理論和等應力均勻化方法，建立了計及初生α晶和α+β片層晶群及其取向分布規律的兩相鈦合金細觀數值本構模型；通過對模型參數進行合理預置和約束，確定了兩相鈦合金拉伸應力-應變行為與滑移系的初始臨界切應力以及初始硬化模量的對應關係，給出了各滑移系的初始臨界切應力值，較好地模擬和揭示了不同溫度和應變率載入時TC11的拉伸變形行為和機制。
