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刘岚逸 2015-2018

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TC18钛合金剪切带内细晶化及相变研究

摘要：TC18钛合金属于近β型钛合金，具有高强高韧性、淬透性好、极端环境中服役性能优秀等特点，广泛适用于飞机的承力结构件上，特别是起落架构件。绝热剪切带是金属在高应变速率变形过程中出现的一种重要的热粘塑性失稳的方式。开展对TC18钛合金绝热剪切带内晶粒细化及相变的研究，有利于更好地挖掘其晶粒细化机理和微结构之间的相变规律，为制备高强高韧的钛合金提供科学依据。

以TC18钛合金为研究对象，利用分离式霍普金森压杆技术进行可控动态加载实验获取绝热剪切带。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、高分辨电镜等分析手段，探索了TC18钛合金绝热剪切变形特征，并结合纳米压痕方法对剪切带内物理性能进行研究，结果表明：

TC18钛合金帽形样品在受到动态载荷加载后发生高应变速率变形，过程持续120µs左右，其平均应变速率在1×10⁶ s^-1左右。剪切带的宽度与Grady公式和Bai公式预测的基本一致，但在低温下Grady公式更为准确。变形过程中超细等轴晶的形成可以用旋转动态再结晶机制来解释，且有实验结果证明变形过程中晶粒边界的旋转角度为30°。

在高应变速率加载的条件下，TC18钛合金帽型样品剪切带中会有相变行为的发生，在应力和应变的曲线上体现为“双峰”现象，且该过程持续63μs。低温条件下，TC18钛合金剪切带内部中心区域的晶粒较常温样品更软，且对应变率的变化更为敏感。剪切带内中心区域原子在受到高应变速率冲击后通过短距离的迁移，由体心立方晶格结构的β相转变为密排六方晶格结构的初生α相，且温度的降低会促进该相变过程。

bingfeng wang

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