Ti-6Al-4V合金回跳法測硬度試驗中高應(yīng)變速率的塑性流變行為

在高速切削、高速滑動磨損和爆炸焊接等工程應(yīng)用中，材料塑性變形的應(yīng)變速率高達103～107s－1。在這種情況下，應(yīng)力狀態(tài)是多向而不是單向的，塑性變形是絕熱的并受到強制約束。這種對塑性變形的約束相當于低應(yīng)變速率(10－3s－1)下的靜態(tài)壓痕試驗。因此，假設(shè)約束系數(shù)是由靜態(tài)壓痕條件和平均應(yīng)變的Tabor關(guān)系決定的，且在回彈法測硬度條件下也適用。通過回彈法測硬度試驗確定動態(tài)流變應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值與使用泰勒試驗等其他方法獲得的數(shù)據(jù)吻合較好。試驗以航空發(fā)動機使用的Ti-6Al-4V合金為例，對Ti-6Al-4V合金進行固溶時效后，在封閉條件下采用球形彈丸以32～186 m/s的速度進行回彈法硬度試驗。通過動態(tài)硬度、壓痕凸緣的高度與平均應(yīng)變和塑性區(qū)以下壓痕深度的函數(shù)關(guān)系，分析Ti-6Al-4V合金回彈法測硬度的試驗行為。動態(tài)流變應(yīng)力應(yīng)變曲線代表高應(yīng)變速率下的流變行為，也用于評估和判定靜態(tài)壓痕條件下的約束系數(shù)。實驗所用Ti-6Al-4V合金經(jīng)955℃ ×1 h/WQ+525℃ ×4 h/AC的固溶時效處理后，組織中含有30%初生α相以及轉(zhuǎn)變β相，轉(zhuǎn)變β相中含有針狀馬氏體α'相和少量的β相。研究結(jié)果表明:動態(tài)硬度Hd隨平均應(yīng)變εav增加而增加，達到臨界應(yīng)變后隨平均應(yīng)變εav的增加而降低，之后由于沖擊球以下局部區(qū)域塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)變超過試驗的應(yīng)變范圍而使動態(tài)硬度Hd增加。Ti-6Al-4V合金的動態(tài)流變應(yīng)力值大約是靜態(tài)流變應(yīng)力值的2.5倍，表明應(yīng)變速率對合金的流變行為有影響。凸緣高度隨平均應(yīng)變的增加而增加，但這種凸緣高度隨應(yīng)變的增加在回彈法測硬度試驗中比靜態(tài)壓痕快，表明應(yīng)變速率對凸緣高度有影響。在目前研究中的速度范圍內(nèi)，所有的假設(shè)均滿足回彈法測試硬度的實驗條件，但輸入的能量有37%以應(yīng)力波的形式丟失，因此需要修正所測的動態(tài)硬度Hd。