激光沖擊強化工業(yè)純鈦高溫拉伸性能及微觀結構研究.pdf

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

2、主要開展不同溫度下激光沖擊強化工業(yè)純鈦高溫拉伸性能、激光沖擊強化工業(yè)純鈦組織演化和納米晶粒形成、分子動力學模擬激光沖擊工業(yè)純鈦的微觀過程等三個方面的研究，研究內(nèi)容及主要研究進展如下:
　　(1)研究了不同溫度下激光沖擊強化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TA2工業(yè)純鈦拉伸試樣標距部分進行大面積激光沖擊強化處理，對未沖擊試樣和激光沖擊試樣在20℃、150℃、250℃以及350℃溫度下進行拉伸試驗

3、，結果表明工業(yè)純鈦抗拉強度隨溫度升高顯示出降低的趨勢，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，研究了微觀組織結構變化和納米晶粒細化過程:
　　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，繼而形成鮮明的微觀剪切帶，逐漸形成宏觀剪切帶。后者包含薄板條結構的邊界區(qū)域，外側區(qū)域形成細長亞晶粒和大致等軸晶粒。沖擊試樣含有孿晶。片層隨后進行縱向分割，形成細板條，同時橫向細分，從而形成細長亞晶。持續(xù)擊穿板條，橫向滑動和晶格旋轉相結合，最終導致大致等軸晶粒，在大應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)大量位錯形成位錯胞。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，形成位錯線、位錯纏結和位錯墻，其應變率的增加促使它們不斷的產(chǎn)生，形成亞晶界，進而細化晶粒。
　　(3)研究了四種溫度下分子動力學模擬激光沖擊工業(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動:
　　采用分子動力學模擬工業(yè)純鈦在300 K、500 K、800 K和1200 K下的激光沖擊過程。模擬結果表明，在300 K溫度下，變形過程中有位錯、空位等缺陷的出現(xiàn)，并伴有滑移產(chǎn)生