Ti-6Al-4V合金失效行为的微观模拟

　　实验选用厚度为0.7 mm、经退火处理的Ti-6Al-4V合金轧制板材，其化学成分（质量分数）为0.016 C、0.01 N、0.18 Fe、6.13 Al、3.80 V、0.16 O、0.003 H、余量 Ti。将实验用Ti-6Al-4V合金板材经切割、抛光、超声波清洗后，用10 mL氢氟酸+5 mL硝酸+85 mL蒸馏水的混合溶液刻蚀得到用于扫描电镜观察的试样。室温拉伸试样的制备根据ASTM E8/8M-11标准，拉伸应变速率为1 mm/min。采用有限元方法，模拟α相和β相在变形过程中的应力大小和分布，结合显微组织和力学性能数据，分析Ti-6Al-4V合金的时效机制。研究发现：Ti-6Al-4V合金板材发生韧性断裂的原因是断裂前在α/β两相界面靠近α相一侧形成的显微空穴发生了剪切断裂。从有限元模拟和测试结果来看，该α/β两相合金断裂失效机制与典型的韧性断裂相近。GTN模型表征α基体的结果表明，模拟和实验所得到的应力-应变曲线拟合较好。实验还发现，β晶粒的相对变形将导致α基体发生局部大变形，对材料最后阶段的断裂过程起主导作用。本研究提出的模拟方法还可应用于研究异质形核组织形态对该合金韧性断裂性能的影响。