Ti-6Al-4V合金回跳法测硬度试验中高应变速率的塑性流变行为

在高速切削、高速滑动磨损和爆炸焊接等工程应用中，材料塑性变形的应变速率高达103～107s－1。在这种情况下，应力状态是多向而不是单向的，塑性变形是绝热的并受到强制约束。这种对塑性变形的约束相当于低应变速率(10－3s－1)下的静态压痕试验。因此，假设约束系数是由静态压痕条件和平均应变的Tabor关系决定的，且在回弹法测硬度条件下也适用。通过回弹法测硬度试验确定动态流变应力应变数值与使用泰勒试验等其他方法获得的数据吻合较好。试验以航空发动机使用的Ti-6Al-4V合金为例，对Ti-6Al-4V合金进行固溶时效后，在封闭条件下采用球形弹丸以32～186 m/s的速度进行回弹法硬度试验。通过动态硬度、压痕凸缘的高度与平均应变和塑性区以下压痕深度的函数关系，分析Ti-6Al-4V合金回弹法测硬度的试验行为。动态流变应力应变曲线代表高应变速率下的流变行为，也用于评估和判定静态压痕条件下的约束系数。实验所用Ti-6Al-4V合金经955℃ ×1 h/WQ+525℃ ×4 h/AC的固溶时效处理后，组织中含有30%初生α相以及转变β相，转变β相中含有针状马氏体α'相和少量的β相。研究结果表明:动态硬度Hd随平均应变εav增加而增加，达到临界应变后随平均应变εav的增加而降低，之后由于冲击球以下局部区域塑性变形产生的应变超过试验的应变范围而使动态硬度Hd增加。Ti-6Al-4V合金的动态流变应力值大约是静态流变应力值的2.5倍，表明应变速率对合金的流变行为有影响。凸缘高度随平均应变的增加而增加，但这种凸缘高度随应变的增加在回弹法测硬度试验中比静态压痕快，表明应变速率对凸缘高度有影响。在目前研究中的速度范围内，所有的假设均满足回弹法测试硬度的实验条件，但输入的能量有37%以应力波的形式丢失，因此需要修正所测的动态硬度Hd。