【摘 要】
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TC4钛合金具有高强度、低密度、优秀的抗腐蚀性等特点,在航空航天、船舶、汽车等领域广泛应用。TC4钛合金是由α相和β相组成的双相合金,其宏观力学性能与α相和β相的微观变形行为有关。但是,采用实验方法很难测定α相和β相的微观变形力学性能。因此,本文在测定TC4钛合金热变形行为的基础上,采用分子动力学方法对TC4钛合金中α相和β相的微观变形行为进行模拟,为揭示TC4钛合金热变形机理提供依据。本文以TC
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TC4钛合金具有高强度、低密度、优秀的抗腐蚀性等特点,在航空航天、船舶、汽车等领域广泛应用。TC4钛合金是由α相和β相组成的双相合金,其宏观力学性能与α相和β相的微观变形行为有关。但是,采用实验方法很难测定α相和β相的微观变形力学性能。因此,本文在测定TC4钛合金热变形行为的基础上,采用分子动力学方法对TC4钛合金中α相和β相的微观变形行为进行模拟,为揭示TC4钛合金热变形机理提供依据。本文以TC4钛合金为研究对象,测量了TC4钛合金在不同温度、不同应变速率下的应变应力曲线,通过数据后期处理,分析了温度和应变速率对TC4钛合金的力学性能如弹性模量、屈服强度、抗拉强度和延伸率的影响。采用金相、XRD、SEM等对TC4钛合金热变形微观组织和断口形貌进行了观察和分析。采用LAMMPS软件对TC4钛合金微观变形行为进行了分子动力学模拟。将TC4钛合金中α相和β相分别建立模型,按照上述热变形参数,对α相和β相进行拉伸模拟。用可视化软件OVITO对模型变化中晶体结构和位错等进行了分析。实验结果表明,TC4钛合金在不同温度下热拉伸时,抗拉强度和屈服强度随着温度的升高而不断降低,塑性提高;显微组织由初始的等轴晶粒转变为双态组织,晶粒尺寸变大;温度升高,断口形貌韧窝数量增多,尺寸变大。在不同应变速率下,抗拉强度随应变速率增大而增加,延伸率随应变速率减小而变大;不同应变速率对显微组织影响较小,高应变速率会使晶粒拉长。模拟结果表明,α相和β相在热拉伸过程中所得到的力学性能变化规律与宏观实验一致,屈服强度和抗拉强度随着温度的升高不断降低。原子构型在热变形过程中,出现了层错和孪晶现象,β相相对比于α相塑性更好。
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