高速弹丸冲击诱发TC4钛合金中绝热剪切带的微观结构

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本文是研究弹丸高速冲击钛合金(TC4)靶板,用金相显微镜对弹坑周围的高速冲击特征组织进行宏观上的观察分析,对不同厚度靶板受高速冲击影响的组织进行测量计算,并对结果进行整理分析。用扫描电子显微镜观察剪切带内的缺陷及第二相,研究其演变规律。用透射电子显微镜(TEM)观察剪切带附近及内部微观结构的演变及特征,并分析出现非晶现象的原因。  实验表明,弹坑下方出现熔化快凝现象及晶粒粗大现象。弹坑周围形成了变形带和绝热剪切带。绝热剪切带具有周期性特征。剪切带存在着自组织的行为,预测这些行为的方法:动量扩散可以描述局部剪切化的随后阶段,扰动分析可以解释早期阶段的剪切带的最初生长。剪切带的宽度随着剪切应变增大而增加。  在扫描电镜下观察到剪切带中出现了微孔,裂纹。局部剪切化一般发生在破坏之前,这些缺陷还在剪切局部化中发展并相互作用。剪切带中第二相出现聚集现象,根据颗粒度与间距之间的关系可以推测出,在剪切带的内部存在颗粒度增加的现象。  用TEM观察ASBs的微观结构,显示ASBs中心部位都含有一条中脊线,进一步说明ASBs为应力诱发结构。剪切带从外缘到内部,等轴晶粒逐渐拉伸并碎化,甚至达到纳米级晶粒。由于TC4合金中析出相颗粒很少,因此晶界或相界面很容易成为位错塞积的障碍物。据此我们认为TC4合金中α晶粒边界处的β相区域应该比较容易成为位错塞积的障碍物,进而造成应力集中使剪切应力达到ASBs形成的临界值。弹丸冲击后许多β相内部形成了位错网络,说明冲击变形过程中β相内部还是以位错滑移为主,主要原因是β相属于bcc结构,滑移系较多。在ASBs附近位错密度较高的区域还观察到了两种马氏体结构,这种应力诱发的马氏体结构是在ASBs附近的α相内部形成的。在剪切带中出现玻璃态的非晶结构,这种非晶化能够通过剪切带中独特的热机环境(TMAZ)予以实现,同时,也不排除在极限情况下由应力载荷施加造成了这种现象。
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