冷卻方式對(duì)TC21鈦合金絕熱剪切敏感性的影響

楊紅斌，向文麗，徐 媛，孫 坤

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冷卻方式對(duì)TC21鈦合金絕熱剪切敏感性的影響

楊紅斌1, 2，向文麗2，徐 媛2，孫 坤2

(1. 云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，昆明 650500；2. 楚雄師范學(xué)院材料制備及力學(xué)行為研究所，楚雄 675000)

采用分離式Hopkinson Bar技術(shù)，對(duì)熱處理后經(jīng)3種冷卻方式的TC21鈦合金帽形試樣進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)，結(jié)合宏觀力學(xué)響應(yīng)及微觀形貌分析，研究冷卻方式對(duì)TC21鈦合金絕熱剪切敏感性的影響。結(jié)果表明：熱處理后的冷卻方式對(duì)TC21鈦合金在高應(yīng)變率下的絕熱剪切敏感性有較大影響；在相同應(yīng)變率下，水冷試樣的絕熱剪切敏感性最高，爐冷試樣的其次，空冷試樣的最低；在4300 s?1應(yīng)變率下，水冷試樣開(kāi)裂程度較為嚴(yán)重，裂紋不僅在剪切帶中延伸，還在基體中大幅度擴(kuò)展，絕熱剪切帶最短、最窄；爐冷試樣中裂紋尖端較為尖銳，且沿剪切帶呈現(xiàn)了進(jìn)一步擴(kuò)展的趨勢(shì)；空冷試樣開(kāi)裂程度較弱，裂紋沒(méi)有呈現(xiàn)出進(jìn)一步擴(kuò)展的跡象，剪切帶最長(zhǎng)且最寬。

TC21鈦合金；冷卻方式；剪切敏感性；絕熱剪切帶；裂紋

鈦及鈦合金具有熔點(diǎn)高、密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為航空航天領(lǐng)域重要的結(jié)構(gòu)材 料[1?2]。由于鈦合金的導(dǎo)熱性能較差，在高應(yīng)變率加載下極易發(fā)生絕熱剪切破壞[3?8]，因此鈦合金在高應(yīng)變率下的絕熱剪切失效行為一直是人們最為關(guān)注的問(wèn) 題[9?15]。研究表明[16?19]，不同組織狀態(tài)的鈦合金，其絕熱剪切敏感性也不同。眾所周知，通過(guò)不同熱處理方法可改變合金的組織形貌，同時(shí)也改變了鈦合金的絕熱剪切敏感性。但迄今為止，對(duì)不同冷卻方式下所得鈦合金的絕熱剪切敏感性研究還鮮有報(bào)道。

本試驗(yàn)中對(duì)TC21鈦合金進(jìn)行熱處理，以不同方式冷卻，采用分離式Hopkinson Bar技術(shù)對(duì)所得材料試樣進(jìn)行高應(yīng)變率剪切試驗(yàn)，結(jié)合試驗(yàn)材料宏觀力學(xué)響應(yīng)與微觀形貌分析，研究不同冷卻方式對(duì)TC21鈦合金絕熱剪切敏感性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及其處理方法

試驗(yàn)用TC21鈦合金是由西北有色金屬研究院提供的13.8 mm棒材，其初始組織由等軸初生相及轉(zhuǎn)變組織組成(見(jiàn)圖1)，化學(xué)成分如表1所示，其相變點(diǎn)為(960±5) ℃。本試驗(yàn)中采用以下3種熱處理制度：A制度為(910 ℃，1 h，AC)+(570 ℃，4 h，AC)，B制度為(910 ℃，1 h，F(xiàn)C)+(570 ℃，4 h，AC)，C制度為(910 ℃，1 h，WQ)+(570 ℃，4 h，AC)。其中：AC為空冷，F(xiàn)C為爐冷，WQ為水冷。

圖1 試樣原始組織

1.2 試驗(yàn)方法

將熱處理后的TC21鈦合金材料加工成如圖2所示的帽形試樣。動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)采用14 mm分離式Hopkinson Bar加載裝置在室溫下進(jìn)行，其試驗(yàn)原理及試驗(yàn)裝置參見(jiàn)文獻(xiàn)[20]。采用300 mm撞擊桿，打擊氣壓分別為0.09、0.1、0.11和0.12 MPa，相應(yīng)的名義應(yīng)變率約為2100、3500、4300和5100 s?1。

表1 TC21鈦合金的化學(xué)成分

圖2 動(dòng)態(tài)剪切試樣及尺寸

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理后的顯微組織

TC21鈦合金經(jīng)3種熱處理后的顯微組織如圖3所示。其中圖3(a)所示組織采用空冷方式得到，與原始組織相比，組織中等軸晶粒變細(xì)小，且更分散，出現(xiàn)較多的細(xì)條狀次生相；圖3(b)所示為經(jīng)爐冷獲得的組織，由于冷卻過(guò)程較為緩慢，原始等軸晶粒球化長(zhǎng)大，晶間轉(zhuǎn)變組織也明顯粗化，使得整個(gè)組織中相幾乎緊鄰，基本看不見(jiàn)基體；圖3(c)所示為水冷條件下所得組織，由等軸狀相晶粒和細(xì)小彌散分布的針狀馬氏體′混合組織組成，等軸相的含量相對(duì)較少，且較為細(xì)小。

圖3 不同熱處理后的TC21鈦合金顯微組織

2.2 試樣在高應(yīng)變率下的絕熱剪切敏感性分析

根據(jù)一維應(yīng)力波理論和分離式Hopkinson Bar裝置的加載原理，應(yīng)力波的加載時(shí)間為

式中：為撞擊桿長(zhǎng)度，300 mm；0為彈性桿縱波波速，本試驗(yàn)中用桿為18Ni鋼(0為4900 m/s)，由式(1)計(jì)算得脈沖寬度約為120 μs。當(dāng)透射脈沖寬度約為120 μs時(shí)，屬于正常卸載，試樣無(wú)剪切破壞；當(dāng)透射脈沖寬度小于120 μs，出現(xiàn)突然卸載現(xiàn)象，稱為“應(yīng)力塌陷”，說(shuō)明試樣承載能力下降[21]。

圖4所示為3種TC21鈦合金試樣分別在應(yīng)變率為2100、3500、4300、5100 s?1時(shí)的動(dòng)態(tài)剪切時(shí)間?應(yīng)力曲線。從圖4中可看出，在應(yīng)變率為2100 s?1下，3種試樣在應(yīng)力波加載時(shí)間(120 μs)內(nèi)均未出現(xiàn)應(yīng)力塌陷，說(shuō)明3種試樣都沒(méi)有發(fā)生剪切破壞；當(dāng)應(yīng)變率提高到3500 s?1時(shí)，3種試樣均出現(xiàn)了應(yīng)力塌陷，將應(yīng)變率分別提高到4300 s?1及5100 s?1時(shí)，3種試樣也均出現(xiàn)了應(yīng)力塌陷。

動(dòng)態(tài)剪切時(shí)間?應(yīng)力曲線表征了試樣從動(dòng)態(tài)加載開(kāi)始到發(fā)生絕熱剪切破壞的時(shí)間歷程及承載能力的變化，承載時(shí)間越長(zhǎng)，表明材料對(duì)絕熱剪切越不敏感，反之則敏感。3種試樣在不同應(yīng)變率下發(fā)生應(yīng)力塌陷的時(shí)間列于表2。

圖4 不同方式冷卻試樣在相同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)剪切時(shí)間?應(yīng)力曲線

從表2看出，冷卻方式對(duì)TC21鈦合金在高應(yīng)變率下的承載能力影響顯著，在同一應(yīng)變率下，空冷的TC21鈦合金試樣的承載時(shí)間最長(zhǎng)；其次為爐冷試樣，水冷試樣的承載時(shí)間最短。因此，3種冷卻方式下所得TC21鈦合金，絕熱剪切敏感性由低到高依次為空冷試樣、爐冷試樣和水冷試樣。

表2 3種試樣在不同應(yīng)變率下的承載時(shí)間

冷卻方式對(duì)TC21鈦合金絕熱剪切敏感性的影響，是由TC21鈦合金經(jīng)不同方式冷卻所得顯微組織存在的顯著差異所致。研究表明[22]，在兩相鈦合金中，等軸相具有較強(qiáng)的抗裂紋萌生能力，有利于鈦合金塑性和沖擊性能的提高。在本試驗(yàn)中，TC21鈦合金在空冷和爐冷條件下，組織中含有大量的等軸狀相，彼此之間以及與基體之間取向任意，變形協(xié)調(diào)能力好，在高應(yīng)變率加載下，可通過(guò)自身的大變形來(lái)協(xié)調(diào)加載過(guò)程中的不均勻性，使其具有較好的抗沖擊性能。對(duì)于水冷條件下的TC21鈦合金而言，由于組織中彌散分布的針狀馬氏體相縱橫交錯(cuò)，變形過(guò)程中位錯(cuò)容易嚴(yán)重受阻塞積，變形協(xié)調(diào)能力較差，失效前的均勻動(dòng)態(tài)塑性較小，最先發(fā)生剪切破壞，因而表現(xiàn)出相對(duì)較高的絕熱剪切敏感性。對(duì)于爐冷下的試樣，組織中相含量最多，尺寸最大，使其具有較低的強(qiáng)度和較高的塑性，在變形過(guò)程中容易發(fā)生較大的剪切變形，在一定程度上加劇了局域化變形的程度，因而其剪切敏感性比空冷下的試樣高?？绽浜蟮慕M織中，含有一定量的等軸相和細(xì)針狀的次生相，使其在變形過(guò)程中保持了良好的塑性，同時(shí)保證了其不易發(fā)生較大的局域化變形，避免了嚴(yán)重的變形不均勻和應(yīng)力集中，因此具有較好的抗絕熱剪切失效能力。

2.3 絕熱剪切帶的微觀形貌分析

為了進(jìn)一步分析材料在高應(yīng)變率下的絕熱剪切敏感性，將動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)后的帽形試樣沿軸線切開(kāi)，經(jīng)打磨、拋光、腐蝕后采用Quanta FEG250掃描電子顯微鏡對(duì)3種試樣中產(chǎn)生的絕熱剪切帶進(jìn)行觀察分析。

圖5所示為3種試樣在應(yīng)變率為4300 s?1時(shí)產(chǎn)生的絕熱剪切帶整體形貌及裂紋尖端局部放大圖。圖5(a)所示空冷后的TC21鈦合金試樣中，剪切帶長(zhǎng)度約為1.630 mm；圖5(c)所示為爐冷試樣中的剪切帶，約為1.446 mm，圖5(e)所示水冷試樣中的剪切帶最短，約為1.351 mm。圖5(b)、(d)、(f)所示分別是圖5(a)、(c)、(e)中紅框區(qū)域裂紋尖端的局部放大圖。由圖5(b)可看到，空冷試樣的剪切帶端口處開(kāi)裂程度較弱，裂紋尖端較鈍，無(wú)進(jìn)一步擴(kuò)展跡象；而圖5(d)所示爐冷試樣中，裂紋尖端較為尖銳，有沿剪切帶進(jìn)一步擴(kuò)展的趨勢(shì)；圖5(f)所示水冷試樣中，開(kāi)裂程度較為嚴(yán)重，裂紋不僅在剪切帶中延伸，還在基體中大幅度擴(kuò)展。對(duì)比分析表明，正是因?yàn)榱鸭y沿剪切帶的擴(kuò)展程度不同，才導(dǎo)致了不同冷卻方式下材料中剪切帶長(zhǎng)度的差異。因此，在相同應(yīng)變率下，試樣中剪切帶越長(zhǎng)，說(shuō)明裂紋擴(kuò)展緩慢，持久性更強(qiáng)，剪切帶越短，說(shuō)明其裂紋擴(kuò)展較為劇烈，最先發(fā)生剪切失效。

圖5 應(yīng)變率4300 s?1時(shí)3種TC21合金試樣中絕熱剪切帶整體形貌及裂紋尖端局部放大圖

圖6所示為3種試樣在4300 s?1應(yīng)變率下產(chǎn)生的絕熱剪切帶局部放大形貌。從圖6可觀察到，空冷試樣剪切帶中呈現(xiàn)出具有方向性的流線，且較為均勻，帶寬約為10 μm(見(jiàn)圖6(a))；爐冷試樣剪切帶中流線也表現(xiàn)出方向性，但不均勻，帶內(nèi)存在粗大晶粒的變形，帶寬為9 μm左右(見(jiàn)圖6(b))；水冷試剪切帶中沒(méi)有明顯的剪切變形流線，帶與基體未變形區(qū)邊界平整，帶寬也較為均勻，約為6 μm(見(jiàn)圖6(c))。孫坤等[23]的研究表明，在高應(yīng)變率下，鈦合金絕熱剪切帶的形成是一個(gè)萌生、擴(kuò)展、完全發(fā)展的過(guò)程，剪切帶寬度由窄到寬，最終完全形成。本研究中3種試樣在經(jīng)歷相同應(yīng)變速率變形后，水冷試樣中的剪切帶最窄，說(shuō)明其完成這一過(guò)程最快，使得試樣最先出現(xiàn)剪切破壞；空冷試樣中的最寬，說(shuō)明剪切帶完成該過(guò)程較為緩慢，延遲了裂紋的出現(xiàn)；爐冷試樣中的剪切帶相對(duì)于空冷試樣稍窄，因此其中裂紋擴(kuò)展稍多。從能量的角度來(lái)看，在同一應(yīng)變速率下，試樣獲得的能量相同，這一能量使得絕熱剪切帶不僅在縱向(剪切方向)也在橫向(寬度)發(fā)展。剪切帶窄，說(shuō)明在橫向上吸收較少，局域化變形吸收的大部分能量提供在剪切帶縱向擴(kuò)展，因此在端口處裂紋擴(kuò)展較多。由此可見(jiàn)，空冷試樣的剪切帶在縱向上發(fā)展較為緩慢，其次為爐冷試樣，水冷試樣中發(fā)展最快，最先發(fā)生剪切破壞。

圖6 應(yīng)變率為4300 s?1下3種TC21合金試樣中絕熱剪切帶的局部形貌

綜上所述，在4300 s?1應(yīng)變率下，水冷試樣中的剪切帶最短、最窄，局域化變形吸收的大部分能量提供在剪切帶縱向擴(kuò)展，使其裂紋擴(kuò)展最嚴(yán)重；爐冷試樣中的剪切帶更長(zhǎng)且更寬，但由于帶內(nèi)晶粒之間變形的不均勻，造成裂紋出現(xiàn)了一定的擴(kuò)展；空冷試樣中的剪切帶最長(zhǎng)、最寬，在橫向和縱向上能量的吸收相對(duì)更平衡，延遲了裂紋的出現(xiàn)，具有更好的抗絕熱剪切性能。由此表明，空冷試樣的絕熱剪切敏感性較低，其次為爐冷試樣，水冷試樣的絕熱剪切敏感性最高，這一結(jié)果與上一節(jié)所得結(jié)論相一致。

3 結(jié)論

1) 冷卻方式對(duì)TC21鈦合金絕熱剪切敏感性的影響明顯，在同一應(yīng)變率下，經(jīng)空冷、爐冷和水冷的TC21鈦合金的絕熱剪切敏感性由低到高依次為空冷試樣、爐冷試樣和水冷試樣。

2) 在4300 s?1應(yīng)變率下，經(jīng)水冷的TC21鈦合金試樣的絕熱剪切帶最短，開(kāi)裂程度較為嚴(yán)重，裂紋不僅在沿剪切帶中延伸，還在基體中大幅度擴(kuò)展；爐冷試樣中，裂紋尖端較為尖銳，且沿剪切帶呈現(xiàn)了進(jìn)一步擴(kuò)展的趨勢(shì)；空冷試樣中的剪切帶最長(zhǎng)，端口處開(kāi)裂程度較弱，裂紋尖端較鈍，無(wú)進(jìn)一步擴(kuò)展跡象。

3) 在4300 s?1應(yīng)變率下，水冷試樣中的剪切帶最窄，局域化變形吸收的大部分能量提供在剪切帶縱向擴(kuò)展，使其裂紋擴(kuò)展最嚴(yán)重；對(duì)于爐冷試樣中的剪切帶，在橫向上也吸收了較多的能量，擴(kuò)展了其寬度；空冷試樣中的剪切帶最寬，較多的能量提供給橫向的擴(kuò)展，在縱向上延遲了裂紋的出現(xiàn)，具有更好的抗絕熱剪切性能。

REFERENCES

[1] 趙永慶, 陳永楠, 張學(xué)敏, 曾衛(wèi)東, 王 磊. 鈦合金相變及熱處理[M]. 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)出版社, 2012. ZHAO Yong-qing, CHEN Yong-nan, ZHANG Xue-min, ZENG Wei-dong, WANG Lei. Phase transformation and heat treatment of titanium alloys[M]. Changsha: Central South University Press, 2012.

[2] 李 梁, 孫健科, 孟祥軍. 鈦合金的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 鈦工業(yè)進(jìn)展, 2005, 21(5): 19?24. LI Liang, SUN Jian-ke, MENG Xiang-jun. Application state and prospects for titanium alloys[J]. Titanium Industry Progress, 2005, 21(5): 19?24.

[3] LIAO S, DUFFY J. Adiabatic shear bands in a Ti-6Al-4V titanium alloy[J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1998, 46(11): 2201?2231.

[4] 李 強(qiáng), 徐永波, 沈樂(lè)天, 白以龍. 鈦合金(Ti-17)的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和損傷特性[J]. 金屬學(xué)報(bào), 1999, 35(5): 491?494. LI Qiang, XU Yong-bo, SHEN Le-tian, BAI Yi-long. Dynamic mechanical properties and damage characteristics of titanium alloy(Ti-17)[J].Acta Metallurgica Sinica, 1999, 35(5): 491?494.

[5] ZHANG Jing, TAN Chen-wen, REN Yu, YU Xiao-dong, MA Hong-lei, WANG Fu-chi, CAI Hong-nian. Adiabatic shear fracture in Ti-6Al-4V alloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2011, 21(11): 2396?2401.

[6] 付應(yīng)乾, 董新龍, 虎宏智. 準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載TA2工業(yè)純鈦受迫剪切破壞演化[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 25(11): 3092?3099. FU Ying-qian, DONG Xin-long, HU Hong-zhi.Quasi-static and dynamic failure evolution of titanium alloy under forced shear loading[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(11): 3092?3099.

[7] 孫巧艷, 朱蕊花, 劉翠萍, 于振濤. 工業(yè)純鈦機(jī)械孿晶演化及其對(duì)純鈦低溫力學(xué)性能的影響[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2006, 16(4): 592?598. SUN Qiao-yan, ZHU Rui-hua, LIU Cui-ping，YU Zhen-tao. Twinning behaviour and its effect on mechanical behaviour of commercial titanium at cryogenic temperature[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2006, 16(4): 592?598.

[8] 許 峰, 張喜燕, 程佑銘. 動(dòng)態(tài)塑性變形純鈦的絕熱剪切帶研究[J]. 稀有金屬材料與工程, 2013, 42(4): 801?804. XU Feng, ZHANG Xi-yan, CHENG You-ming. Study on adiabatic shear band in pure titanium subjected to dynamic plastic deformation[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2013, 42(4): 801?804.

[9] 董新龍, 付應(yīng)乾. TA2鈦合金動(dòng)態(tài)壓縮試樣中的絕熱剪切破壞研究[J]. 兵工學(xué)報(bào), 2014, 35(7): 1016?1020. DONG Xin-long, FU Ying-qian. Experimental and numerical study of adiabatic shear failure of TA2 titanium alloy under dynamic compression[J]. Acta Armamentarii, 2014, 35(7): 1016?1020.

[10] 尤振平, 葉文君, 惠松驍, 于 洋, 王希哲, 張 翥. TB10鈦合金的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及絕熱剪切分析[J]. 稀有金屬, 2008, 32(6): 799?802.YOU Zhen-ping, YE Wen-jun, HUI Song-xiao, YU Yang, WANG Xi-zhe, ZHANG Zhu. Study on dynamic mechanical properties and adiabatic shearing of TB10 titanium alloy[J]. Chinese Journal of Rare Metals, 2008, 32(6): 799?802.

[11] 張長(zhǎng)清, 謝蘭生, 陳明和, 商國(guó)強(qiáng). 高應(yīng)變率下TC4-DT鈦合金的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及塑性本構(gòu)關(guān)系[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 25(2): 323?329.ZHANG Chang-qing, XIE Lan-sheng, CHEN Ming-he, SHANG Guo-qiang. Dynamic mechanical property and plastic constitutive relation of TC4-DT Ti alloy under high strain rate[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(2): 323?329.

[12] 孫 智, 蘇鐵健, 李淑華, 王富恥. 高應(yīng)變率下工業(yè)純鈦TA2變形與失效研究[J]. 兵器材料科學(xué)與工程, 2007, 30(3): 43?48.SUN Zhi, SU Tie-jian, LI Shu-hua, WANG Fu-chi. Study on deformation and failure of TA2 under compressive load at high strain rate[J]. Ordnance Material Science and Engineering, 2007, 30(3): 43?48.

[13] CHICHILI D R, RAMESH K T, HEMKER K J. Adiabatic shear localization in-titanium: experiments, modeling and microstructural evolution[J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2004, 52(8): 1889?1909.

[14] PEIRS J, TIRRY W, AMIN-AHMADI B, COGHE F, VERLEYSEN P, RABET L, SCHRYVERS D, DEGRIECK J. Microstructure of adiabatic shear bands in Ti6Al4V[J]. Materials Characterization, 2013, 75: 79?92.

[15] RANC N, TARAVELLA L, PINA V, HERVE P. Temperature field measurement in titanium alloy during high strain rate loading—Adiabatic shear bands phenomenon[J]. Mechanics of Materials, 2008, 40(4): 255?270.

[16] 孫 坤, 程興旺, 王富恥, 苗 普, 趙雙贊. 組織及應(yīng)變率對(duì)TC6鈦合金絕熱剪切敏感性的影響[J]. 稀有金屬材料與工程, 2008, 37(10): 1856?1860. SUN Kun, CHENG Xing-wang, WANG Fu-chi, MIAO Pu, ZHAO Shuang-zan. Study on sensitivity of adiabatic shear of TC6 alloy under different strain rate and morphology[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2008, 37(10): 1856?1860.

[17] 李建崇, 李樹(shù)奎, 范群波, 霍咚梅, 劉 杰. 微觀組織對(duì)Ti-6Al-4V-4Zr-1.5Mo合金絕熱剪切敏感性的影響[J]. 稀有金屬材料與工程, 2012, 41(1): 45?48.LI Jian-chong, LI Shu-kui, FAN Qun-bo, HUO Dong-mei, LIU Jie. Effects of microstructure on the adiabatic shear banding sensitivity of Ti-6Al-4V-4Zr-Mo alloy[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2012, 41(1): 45?48.

[18] 劉清華, 惠松驍, 葉文君, 王 國(guó), 胡光山. 不同組織狀態(tài)TC4ELI鈦合金動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究[J]. 稀有金屬, 2012, 36(4): 515?517.LIU Qing-hua, HUI Song-xiao, YE Wen-jun, WANG Guo, HU Guang-shan. Dynamic mechanical properties of TC4ELI titanium in different microstructure states[J]. Chinese Journal of Rare Metals, 2012, 36(4): 515?517.

[19] 譚成文, 劉新芹, 陳志永, 馬紅磊, 王富恥, 才鴻年. Ti-6Al-4V合金絕熱剪切敏感性與臨界破碎速度關(guān)系研究[J]. 稀有金屬材料與工程, 2008, 37(8): 1400?1402. TAN Cheng-wen, LIU Xin-qin, CHEN Zhi-yong, MA Hong-lei, WANG Fu-chi, CAI Hong-nian. Study on the relationship between adiabatic shear susceptivity and critical fracture velocity for Ti-6Ai-4V alloy[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2008, 37(8): 1400?1402.

[20] 胡時(shí)勝, 鄧德濤, 任小彬. 材料沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)的若干問(wèn)題探討[J]. 實(shí)驗(yàn)力學(xué), 1998, 13(1): 9?14. HU Shi-sheng, DENG De-tao, REN Xiao-bin. A study on impact tensile test of materials[J]. Journal of Experimental Mechanics, 1998, 13(1): 9?14.

[21] 孫 坤, 徐 媛, 自興發(fā), 劉瑞明. TC6 鈦合金變形組織不同取向絕熱剪切敏感性研究[J]. 稀有金屬材料與工程, 2011, 40(10): 1795?1798. SUN Kun, XU Yuan, ZI Xing-fa, LIU Rui-ming. Study on susceptibility of different directions of deformed contexture of TC6 titanium alloy to adiabatic shearing[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2011, 40(10): 1795?1798.

[22] 曹京霞, 方 波, 黃 旭, 李臻熙. 微觀組織對(duì)TA15鈦合金力學(xué)性能的影響[J]. 稀有金屬, 2004, 28(2): 362?364. CAO Jing-xia, FANG Bo, HUANG Xun, LI Zhen-xi. Effects of microstructure on properties of TA15 titanium alloy[J]. Chinese Journal of Rare Metals, 2004, 28(2): 362?364.

[23] 孫 坤, 王富恥, 程興旺, 苗 普, 趙雙贊. TC6鈦合金絕熱剪切帶不同發(fā)展階段的精細(xì)結(jié)構(gòu)[J]. 稀有金屬材料與工程, 2009, 38(2): 233?236. SUN Kun，WANG Fu-chi, CHENG Xing-wang, MIAO Pu, Zhao Shuang-zan. Fine structure of adiabatic shear band of TC6 alloy under diferent evolvement stages[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2009, 38(2): 233?236.

(編輯 何學(xué)鋒)

Effect of cooling ways on adiabatic shear sensitivity of TC21 titanium alloy

YANG Hong-bin1, 2, XIANG Wen-li2, XU Yuan2, SUN Kun2

(1. School of Physics and Electronic Information, Yunnan Normal University, Kunming 650500, China;2. Research Institute on Preparation and Mechanical Behavior of Materials,Chuxiong Normal University, Chuxiong 675000, China)

Using the technology of split Hopkinson Bar，the dynamic shear test on the hat-shape samples of TC21 titanium alloy, which was cooled separately by three cooling ways after heat treatment, was done, and the effects of cooling ways on adiabatic shear sensitivity of TC21 titanium alloy were studied by combining the dynamic mechanical response with the microstructural analysis of samples. The results show that the cooling ways of the alloy after heat treatment has great influence on the adiabatic shearing sensitivity of the TC21 titanium alloy. Under the same condition of strain rate, the subsequence of the adiabatic shearing sensitivity is water quenching samples, furnace cooling samples and air-cooling samples in turn according to sort in descending. At the strain rate of 4300 s?1, the sample by water quenching has the shortest and the most narrow adiabatic shear band. And its degree of cracking is the most severe among three kinds of samples. The crack expands not only along the shear band, but also in the matrix. The crack tip is sharper in the sample by furnace cooling, and takes on the expanding tendency along the shear band. The sample by air-cooling has the longest and the widest adiabatic shear band. Its degree of cracking is weak.

TC21 titanium alloy; cooling way; shear sensitivity; adiabatic shear band; crack

Project(51561002) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (2011FZ185) supported by the Applied Basic Research of Yunnan, China

2015-12-15; Accepted date: 2016-08-10

SUN Kun; Tel: +86-13638702095; E-mail: sunkun@cxtc.edu.cn

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.05.006

1004-0609(2017)-05-0920-07

TG146.2

A

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51561002)；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011FZ185)

2015-12-15；

2016-08-10

孫 坤，教授，博士；電話：13638702095；E-mail：sunkun@cxtc.edu.cn