11、钛合金单冲击塑性变形及活塞杆脱碳极值分布研究

钛合金单冲击塑性变形及活塞杆脱碳极值分布研究

一、钛合金单冲击数值研究

1.1 研究背景

钛及钛合金因高强度、低密度、良好的生物相容性和低导热性等优点，在众多领域得到广泛应用。然而，其硬度低和耐磨性差等缺点限制了应用范围。表面机械研磨处理（SMAT）是一种预应力工艺，可提高机械零件的使用寿命。但SMAT参数的实验评估复杂且成本高，因此数值和分析研究成为趋势。

1.2 数值模型

• 模型构建 ：单冲击模拟的3D有限元模型由目标板和球形弹丸组成。目标板尺寸为7.5 x 7.5 x 3 mm³，弹丸直径为Ø2 mm，速度为3.6 m/s。目标为可变形体，弹丸为刚体，目标材料为CP - Ti、Ti6Al4V，弹丸材料为SS304。
• 参数设置 ：弹丸与目标间的摩擦系数为0.25，目标下表面完全固定，模拟时间为20 μs。目标材料受弹丸影响区域的网格尺寸为0.07 mm，弹丸与目标接触区域的网格尺寸为0.05 mm，其他区域为0.5 mm，刚性网格面类型为Quad/Tri。
• 材料模型 ：采用Steinberg - Guinan本构材料模型和EOS Gruneisen状态方程，相关参数如下表所示：
  |材料|密度(kg/m³)|初始屈服应力(MPa)|最大屈服应力Ymax(MPa)|硬化常数B|硬化指数n|dG/dP G’P|dG/dT G’T(MPa/ K)|dY/dP Y’P|熔点Tmelt(°C)|剪切模量(GPa)|Gruneisen系数|参数C1(m/s)|参数S1|参数二次项S