高速撞击TiNi合金微观组织与应变恢复特性区域化形成机理研究

Aiming at the urgent demand for reliability assessment of TiNi alloy working in space, this project is going to conduct researches about martensitic transformation, microstructure and strain recovery properties of TiNi alloy under high speed impact. This project is going to illustrate the energy absorbing property, distribution and influencing factors of stress field and temperature field and microstructure of different deformation zones of TiNi alloy under high speed impact, on the basis of building high speed impact constitutive equation of TiNi alloy at different phases. Division principles of characteristic deformation areas are going to be established. Micro-mechanism of regionalization of characteristic deformation areas will also be illustrated. Martensitic transformation behavior and strain recovery property of different deformation areas are going to be figured out while building inter connection of impact parameters, characteristic of deformation microstructure and strain recovery property. All the works above is to lay the foundation of reliability assessment of TiNi alloy working in space.

本项目针对TiNi合金在空间使役环境可靠性评价的迫切需求，开展高速撞击TiNi合金马氏体相变、微观组织结构及应变恢复特性研究。在建立不同相状态TiNi合金高速撞击本构方程基础上，阐明高速撞击TiNi合金能量吸收特性，探明高速撞击TiNi合金应力场和温度场的分布特征及影响因素；研究高速撞击TiNi合金不同区域变形组织微观结构特征，建立变形特征区域划分准则，揭示高速撞击时合金变形特征组织区域化的微观机理；查明不同变形特征组织的马氏体相变行为及应变恢复特性，建立撞击参量—变形组织特征—应变恢复特性的内在联系，为TiNi合金空间使役环境可靠性评估奠定基础。

TiNi基合金在航天器中具有广泛应用，其构件常暴露在太空环境中，空间碎片高速撞击是航天器及构件失效的主要因素之一。本实验采用火药炮驱动不锈钢弹丸模拟空间碎片对TiNi基合金进行高速撞击，采用仿真模拟与试验相结合的方法系统研究TiNi基合金高速撞击后的马氏体相变、微观组织结构与应变恢复特性，并阐明其变形机制，为TiNi基合金及其构件空间应用可靠性评估提供理论指导及试验依据。. 利用ANSYS/LS-DYNA软件进行高速撞击仿真模拟，阐明了在高速撞击时TiNi基合金的应力场分布以及应变速率随时间的变化规律。Ti50Ni50合金高速撞击时，未发生明显应力集中，晶界处与晶内应力差别不大。时效Ti49Ni51合金中弥散分布Ti3Ni4粒子高速撞击时，应力主要集中在晶界处，Ti3Ni4粒子内部及基体中应力均显著低于晶界。Ti44Ni47Nb9合金高速撞击时，β-Nb粒子与基体界面处出现明显应力集中。三种合金的应变速率均随撞击时间的增加而呈现波动式降低，并随着与弹坑边缘距离的增加，硬度逐渐下降而形状恢复率先升高后降低。