激光沖擊強(qiáng)化工業(yè)純鈦高溫拉伸性能及微觀結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、工業(yè)純鈦及鈦合金以比強(qiáng)度高、力學(xué)性能好和耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)在現(xiàn)代飛機(jī)上的應(yīng)用也越來越廣泛，鈦合金結(jié)構(gòu)件工作服役環(huán)境可達(dá)500℃，傳統(tǒng)的表面處理方法無法滿足工業(yè)純鈦及鈦合金結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)化要求。激光沖擊強(qiáng)化是一種新型的表面處理技術(shù)，廣泛應(yīng)用在金屬材料的表面改性上，目前尚未發(fā)現(xiàn)鈦合金激光沖擊強(qiáng)化不同溫度下的拉伸力學(xué)性能方面的研究，也未見不同溫度下激光沖擊鈦合金微觀結(jié)構(gòu)演化過程和塑性變形行為方面的報(bào)道。針對(duì)以上問題，本文以TA2工業(yè)純鈦為研究對(duì)象，

2、主要開展不同溫度下激光沖擊強(qiáng)化工業(yè)純鈦高溫拉伸性能、激光沖擊強(qiáng)化工業(yè)純鈦組織演化和納米晶粒形成、分子動(dòng)力學(xué)模擬激光沖擊工業(yè)純鈦的微觀過程等三個(gè)方面的研究，研究?jī)?nèi)容及主要研究進(jìn)展如下:
　　(1)研究了不同溫度下激光沖擊強(qiáng)化TA2工業(yè)純鈦的高溫拉伸性能，研究了高溫拉伸的變形行為:
　　對(duì)TA2工業(yè)純鈦拉伸試樣標(biāo)距部分進(jìn)行大面積激光沖擊強(qiáng)化處理，對(duì)未沖擊試樣和激光沖擊試樣在20℃、150℃、250℃以及350℃溫度下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)

3、，結(jié)果表明工業(yè)純鈦抗拉強(qiáng)度隨溫度升高顯示出降低的趨勢(shì)，并且斷裂形式呈現(xiàn)出從脆性斷裂到混合斷裂，再到韌性斷裂的轉(zhuǎn)變。同一種溫度下激光沖擊試樣斷口頸縮現(xiàn)象比未沖擊試樣斷口要明顯，并且斷口形貌顯示激光沖擊試樣的塑性更好。相對(duì)于未沖擊試樣，激光沖擊試樣微觀硬度只有小幅提高。
　　(2)研究了激光沖擊強(qiáng)化TA2工業(yè)純鈦組織演化和納米晶粒形成，研究了微觀組織結(jié)構(gòu)變化和納米晶粒細(xì)化過程:
　　激光沖擊試樣剪切帶區(qū)域內(nèi)的組織演化研究表明:剪

4、切區(qū)首先開動(dòng)，繼而形成鮮明的微觀剪切帶，逐漸形成宏觀剪切帶。后者包含薄板條結(jié)構(gòu)的邊界區(qū)域，外側(cè)區(qū)域形成細(xì)長(zhǎng)亞晶粒和大致等軸晶粒。沖擊試樣含有孿晶。片層隨后進(jìn)行縱向分割，形成細(xì)板條，同時(shí)橫向細(xì)分，從而形成細(xì)長(zhǎng)亞晶。持續(xù)擊穿板條，橫向滑動(dòng)和晶格旋轉(zhuǎn)相結(jié)合，最終導(dǎo)致大致等軸晶粒，在大應(yīng)變下宏觀剪切帶中心形成納米晶粒。在激光沖擊所產(chǎn)生的超高應(yīng)變率作用下，試樣有大量平行的孿晶柵，并在晶界處誘發(fā)大量位錯(cuò)形成位錯(cuò)胞。在激光沖擊變形區(qū)域，局部通過切變誘

5、發(fā)α到α'的逆相變。經(jīng)過多次的激光沖擊，形成位錯(cuò)線、位錯(cuò)纏結(jié)和位錯(cuò)墻，其應(yīng)變率的增加促使它們不斷的產(chǎn)生，形成亞晶界，進(jìn)而細(xì)化晶粒。
　　(3)研究了四種溫度下分子動(dòng)力學(xué)模擬激光沖擊工業(yè)純鈦的微觀過程，研究了激光沖擊過程中塑性變形和微觀粒子運(yùn)動(dòng):
　　采用分子動(dòng)力學(xué)模擬工業(yè)純鈦在300 K、500 K、800 K和1200 K下的激光沖擊過程。模擬結(jié)果表明，在300 K溫度下，變形過程中有位錯(cuò)、空位等缺陷的出現(xiàn)，并伴有滑移產(chǎn)生