全国服务热线
0512-6883-0001
18016327626
钛合金靶材渗透的金相特征

钛合金靶材渗透的金相特征

RAYMOND L. WOODWARD

Ti-6A1-4V合金靶的弹道试验产生了许多有趣的特性。有直接证据表明,在射靶界面处有熔融现象。靶体被绝热剪切破坏,空腔在剪切带中生长。靶材料弹道性能中观察到的方向性与靶材料的各向异性有关。


1. 介绍

由于钛合金的高强度和低热导率,已作为绝热剪切堵漏的材料进行了检验。在绝热剪切破坏中,高变形率阻止了塑性流动产生的热量的耗散;热软化速率超过了金属的加工硬化能力,突变剪切在一个狭窄的形变带内发展。2在弹道冲击条件下,现有合金确实发生了绝热剪切,这一点已经得到证实,绝热剪切的力学在别处也有描述。在这些调查的过程中,进行了一些与渗透力学有关的金相观察,这些观察将在本工作中报告.


在已有的实验中,侵彻试验在与原块顶面C和图1中标记为A的横面平行的靶上进行。

该弹丸是4.8毫米diam硬化滚子轴承,地面到一个圆锥尖端与45度夹角和最大平坦diam在0.015毫米的尖端。射弹的质量是2。85克。该项目是用商用螺柱枪发射的,预冲击速度是根据已知间隔的两个通电线圈之间的传输时间计算出来的。临界侵彻速度是通过平均没有喷出塞的最高速度和从靶板喷出塞的最低速度来测量的。


3. TPROJECTILE-TARGET接口

如图2(A)所示,在相互作用过程中,靶板喷出的许多插头被折断成段,During examination


image.png


2. 试验

目标材料的标称成分为wt pct Ti-6A1-4V,提供给规格AMS 4911B。它是在锻造和退火条件下接收,并指定IMI钛318合金。材料是一个50毫米厚的方形块的形式,这样边长50毫米的方形目标可以用穿透轴在原块的三个主要方向中的任意一个切割。在原始块体的两个横向、图1中两侧为a和B的金相检查中,观察到类似的a-和转变后的^-组织条带。然而,力学试验表明,试样中三个主要方向具有不同的性能,这可能与微观组织的织构效应和条带有关。图1的应力/应变曲线是轴垂直于图中标记为A到C的平面切割圆柱体的压缩试验结果;C代表原板的上表面。塑性随方向有明显变化,每次试验都进行到断裂,流动应力有微小变化,这与块体三个面所测得的维氏硬度值的变化一致,如图1所示。 


在对一个试样的断口表面进行检查时,在图2(a)所示的位置观察到了沉积,如图2(b)所示。矿床以含有大量开裂的“飞溅状”出现,如图2(c)所示,并从断口表面向后延伸到抛石-沥青get界面的锥形凹陷区域。电子探针微量分析(EPMA)显示,该矿床铁的浓度显著,而钛合金的铁含量可以忽略不计,因此有理由认为铁是从弹体转移过来的。


image.png 


图2 - (a)显示典型分段塞的靶体穿透几何图形和矿床在塞体断口表面的位置,(b)富铁矿床的扫描电子显微图,(c)显示矿床开裂的高倍放大图。


很明显,在靶区表面已经发生了熔化,而与此界面接触的塞子开裂(图2(d))产生了一个熔融材料可以在其上飞溅的自由表面。这一熔化的观察结果与先前的工作是一致的,先前的工作表明,摩擦在pr - cti - tar get界面可以导致明显的熔化和形成疙瘩型结构。随后用EPMA对侵蚀的顶射头进行了检查,发现了钛沉积,并且在许多其他的插头上观察到了锥印痕中的铁沉积。钛的高强度和低导热系数似乎为熔化创造了理想的条件,因此,在这种情况下,证据比通常在p靶-射靶界面的穿孔后检查中观察到的证据更清楚。推测矿床开裂与薄层的冷却作用有关。


4 绝热剪切变形

在穿透过程中,塞的喷射发生在热软化材料的薄层上,称为绝热剪切带,图3。


image.png

 

图3钛靶典型的绝热剪切带。在乳酸、HNO3和HF的混合物中蚀刻的。放大7倍。



image.png

 

图4典型的穿透靶显示了柱塞中的二次剪切带。放大4.4倍。


这在高强度靶5-7中很常见,并对这一过程的机理进行了描述。导致绝热剪切的事件序列与加工硬化和热软化的相互作用有关。在低速变形中,热流足够快,因而性质不会上升;加工硬化主导着材料对塑性流动的反应,对于具有中等加工硬化速率的材料,形成区将显著扩展。然而,在高应变率下,由塑性流动产生的热量可能不能通过传导足够快地消散;变形区的热软化比狭窄区域内的加工硬化和塑性流动集中更为显著。这在硬目标的弹道穿孔中观察到,并导致性能恶化。


对钛合金的初级和次级条带的金相检查表明,许多条带含有极圆的空洞线,这些空洞由中间韧带的剪切断裂连接起来,如图5所示。这种圆形空腔阵列以前曾在铀的绝热剪切带中观察到过。对扫描电子显微镜抛光和蚀刻切片的检查和立体对的使用表明,空腔延伸到不同的深度,并沿进入样品的平面而不是直线连接,图6(«)。在许多情况下,空腔包含小的凹陷和微细结构特征,图60),而在其他情况下,空腔表面看起来非常光滑和无特征。当空腔加入典型剪切时,形成了韧窝型断口。个别的空腔在形状上有点伸长,直径非常接近剪切带宽度。仔细检查图5、图6(G)和图6(b)可以发现,微小的剪切位移与韧带断裂连接空腔有关。

对于空腔的成核没有明确的建议。在一些空腔中有第二相粒子的证据,但不是全部。在假定一种腔成核方式时,必须记住该带内的温度预计会接近熔点。空腔阵列在钛和铀合金中被观察到,9在绝热剪切带中,但在钢和铝合金中没有,它们也被绝热剪切破坏。这可能与铀和钛的热传导性比铁和铝低得多有关。

空洞生长的机理有三种可能。罗杰斯提出,当结构卸载时,由于拉力的作用,空腔会打开。这就解释了即使空腔是在强烈剪切区内形成的,它们仍然呈圆形。另一种方法是在变形过程中,在加热和软化带内通过空化生长。这一建议使得拉应力在带内工作,而且由于带是在高温下工作的,这种机制是可行的。第三种可能是,如图7所示,形成了正常的伸长剪切腔,但带内的高温导致了高原子迁移率,应导致近球形空洞的形成,以降低表面能。没有足够的证据支持任何一种机制。


image.png 

image.png


image.png


塑性变形

检查抛光部分的穿孔目标显示一个不寻常的“孵化”结构接近的弹洞有一个首选的几何关系,大约35度,promirror图像的方向两侧的穿孔板和他们跨越几个谷物,功能不能因此双胞胎,但有可能是孪生参与形成的微观结构特性。这种特征很可能代表一种变形带,与腐蚀变形铜和黄铜样品时通常观察到的变形带相似。10特征的性质没有进一步研究,但其分布有一定的意义。如图8所示,“孵化”现象在组织的某些条带中更为明显,条带平行于轧制平面。在微观结构中出现的a相和转变后的g相的部分有明显的变化,这与成分的变化有关。


通过微结构获取EPMA痕迹,铝和钒的浓度在标记区域整合;结果表明,铝和钒含量的变化与组织条带有关。从图8中可以看出,在“孵化”区域,铝的浓度高于平均值,而钒的含量较低。在相邻的结构中,铝的浓度较低,而钪的浓度高于平均值。整个过程中铝含量的变化很小,约为±5%,由于每个条带内的浓度变化很大,接近所使用方法的检测极限。但钒浓度与平均钒浓度的差异高达±20%。根据铝和钒对钛合金中a和/三相形成的影响,这些浓度变化与预期一致。

显微硬度测试结果与条带和成分变化有关。结果发现,在横越带状组织过程中,硬度变化可达100个维氏点。“孵化”更为普遍的区域,即高铝(低钒)浓度区域,则更难。.


image.png


图8穿孔后目标材料的显微图,显示了由于分离和随后的滚动而形成的条带,以及在一些条带中形成的“孵化”。“孵化”特征有一个首选方向相对于穿透的方向,这是由一个箭头。放大178倍。

 

表一.45度锥弹体在两个方向穿透318钛板的临界速度

Projectile Impact Plate Thickness Critical Velocity

Direction*

mm

m/s

C

4.76

297 ±3

A

4.76

265 ±5

C

6.35

359 ± 15

A

6.35

321 ±5

*C ♦ Impact direction normal to the plane of the original plate (Fig. 1). A - Impact direction parallel to one of the transverse directions (Fig. 1).

 

由于力学性能的变化,减少弹丸射向目标的初始平面平行板(即通过厚度)应该更容易穿透塞周围的绝热剪切带是驱逐在渗透会首选带板在其周长的一部分。为了测试这一点,临界速度穿透6.4和4.8毫米厚板测定弹丸飞行的方向正常原板的平面(C)和平行于轧制方向(A)(图1)。表中给出的结果我清楚地表明弹时更好的性能比当它传播整个乐队旅行平行分班。然而降低临界速度时,弹丸旅行平行分班原板是只有百分之十,这是订单的减少流动应力的期望是什么正常的飞机相比,正常C平面(图1)。因此,贯入阻力的变化与目标取向更明显的各向异性有关目标材料的流动应力比绝热剪切带的可能性更容易通过微结构的某些部分传播。虽然这表明了结构和分离对性能的巨大影响,但必须指出的是,弹体不会在平板中平行于横向方向发射。


5. 总结

钢弹孔钛合金靶的金相检验揭示了一些重要的特征。钛合金断口上的沉积形态及其高铁含量为射靶界面熔化提供了直接证据。沿绝热剪切带的破坏是由于空腔阵列的增长而发生的,所产生的断口表面具有典型的剪切韧窝结构。铝和钒在板中的偏析导致了板的力学性能的变化,伴随变形导致了板的强度和延性的方向性。由于锻压对组织的对准,导致与微观组织相对的渗透方向的弹道性能的变化,这种变化可能与目标材料的流动应力的各向异性有关。


转载请注明精川材料检测地址:www.jctest.vip

《上一页 下一页》