表面粗糙度对TC4钛合金柱壳剪切带形成的影响

剪切带是材料在高应变率加载条件下特有的变形和损伤形式之一,关于影响金属材料中剪切带形成的敏感性因素及其机理的研究,一直是科学研究和工程设计中关注的重点问题.在柱壳高速坍塌过程中,剪切带优先在内表面形核,其形核及扩展行为受内表面介观状态的影响显著.本文采用爆轰加载厚壁圆筒坍塌实验技术,结合材料表面处理技术、微结构表征技术和剪切带理论模型分析,研究了内表面粗糙度变化对TC4钛合金柱壳剪切带形成影响的细观动力学规律.结果表明,在爆炸加载形成的高应变率条件下,表面粗糙度对TC4钛合金柱壳中剪切带形成具有明显影响.在相同的变形条件下,随着试样内表面粗糙度的增大,剪切带数量、长度和形核速率均增大;表面粗糙度越大,部分剪切带扩展速率越快,剪切带长度差异越大,剪切带的屏蔽效应增强.分析表明,实验获得的剪切带间距与W-O模型和M模型预测结果基本吻合,具体数值受试样内表面粗糙度影响,随着表面粗糙度的增大,实验结果逐渐小于预测数值.