论文部分内容阅读
Zr-Ti-Al-V系合金在常温下能表现出优异的力学性能，特别是在当Zr和Ti的含量(重量百分比)约为1:1时其性能最佳。为探究该系合金在空间中的高、低温、空间碎片撞击等环境下的力学行为，从而为其应用于空间环境提供数据参考，本文针对47Zr-45Ti-5Al-3V合金(重量比)，在-100℃、20℃、100℃、200℃温度和不同应变速率条件下，对其准静态拉伸、准静态压缩及动态压缩力学性能进行了研究。
研究发现，该合金为双相结构，基体为bcc结构的β相，并在其中均匀分布大量板条状组织、hcp结构的α相。
用INSTRON5582电子万能材料试验机进行了不同温度下、不同应变速率的准静态拉伸和压缩试验。合金在拉伸时和压缩时均表现出极高的屈服强度和断裂强度，拉伸时为脆性断裂，延伸率不足4％，压缩时为塑性断裂，压缩应变都超过了10％。在不同的温度和应变速率下拉伸时，合金在-100℃、10-2s-1时有最高的强度，其屈服强度为1595MPa，抗拉强度为1614MPa，同时延伸率最小，为1.6％；在200℃、104s-1时有最低的强度，其屈服强度为1201MPa，抗拉强度为1283MPa，同时延伸率最大，为3.9％。在不同的温度和应变速率下压缩时，合金在-100℃、10-2s-1时有最高的强度，其屈服强度为1421MPa，断裂强度为1953MPa，同时压缩应变最小，为10.9％；在200℃、10-4s-1时有最低的强度，其屈服强度为955MPa，断裂强度为1237MPa，同时压缩应变最大，为15.6％。当温度一定时，随着应变速率的增加，合金的屈服强度和抗拉强度都逐渐增加，同时其应变逐渐减小；当应变速率一定时，随着温度的升高，合金的屈服强度和断裂强度都逐渐减小，同时其应变逐渐增加。但应变速率变化时强度变化很小，而温度变化时强度变化相当明显，可见准静态条件下温度对合金力学性能的影响比应变速率要大得多。
用分离式霍普金森压杆进行了不同温度下、不同应变速率的动态压缩试验。动态压缩时合金的屈服强度比准静态时要高，但却没有加工硬化现象出现。合金在-100℃、5000s-1时有最高的屈服强度，为2164MPa，在200℃、1500s-1时有最低的屈服强度，为1317MPa。在室温，高温及-50℃、1500s-1时合金表现出较高的压缩应变，达10％～20％，但在其它低温条件下试样压缩应变明显降低，只有5％左右。当温度一定时，随着应变速率的增加，合金的屈服强度逐渐增加，其增幅在300MPa左右，另外当试样破坏情况相同时，合金的压缩应变逐渐降低；当应变速率一定时，随着温度的升高，合金的屈服强度和抗拉强度都逐渐减小，其降幅在400MPa～500MPa，另外当试样破坏情况相同时，合金的压缩应变逐渐增加。在动态压缩时，应变速率和温度对合金屈服强度的影响非常接近。用Johnson-Cook本构模型对实验结果进行了拟合，得出了动态条件下的本构模型对比实验结果和拟合结果可以发现，两种结果在高温下吻合较好，随着温度的逐渐降低，逐渐出现越来越大的误差。