Ti-6Al-4V合金回跳法測硬度試驗中高應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用中，材料塑性變形的應變速率高達103～107s－1。在這種情況下，應力狀態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變速率(10－3s－1)下的靜態壓痕試驗。因此，假設約束系數是由靜態壓痕條件和平均應變的Tabor關系決定的，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流變應力應變數值與使用泰勒試驗等其他方法獲得的數據吻合較好。試驗以航空發動機使用的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。通過動態硬度、壓痕凸緣的高度與平均應變和塑性區以下壓痕深度的函數關系，分析Ti-6Al-4V合金回彈法測硬度的試驗行為。動態流變應力應變曲線代表高應變速率下的流變行為，也用于評估和判定靜態壓痕條件下的約束系數。實驗所用Ti-6Al-4V合金經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相以及轉變β相，轉變β相中含有針狀馬氏體α'相和少量的β相。研究結果表明:動態硬度Hd隨平均應變εav增加而增加，達到臨界應變后隨平均應變εav的增加而降低，之后由于沖擊球以下局部區域塑性變形產生的應變超過試驗的應變范圍而使動態硬度Hd增加。Ti-6Al-4V合金的動態流變應力值大約是靜態流變應力值的2.5倍，表明應變速率對合金的流變行為有影響。凸緣高度隨平均應變的增加而增加，但這種凸緣高度隨應變的增加在回彈法測硬度試驗中比靜態壓痕快，表明應變速率對凸緣高度有影響。在目前研究中的速度范圍內，所有的假設均滿足回彈法測試硬度的實驗條件，但輸入的能量有37%以應力波的形式丟失，因此需要修正所測的動態硬度Hd。