Analysis of Shear Band Effects in Titanium Relative to High Strain-Rate Laboratory/Ballistic Impact Tests

Abstract
Mechanical and ballistic tests were performed on Ti-6Al-4V titanium alloy subjected to three heat treatment conditions. For the samples annealed above the beta transition temperature, a loss in ballistic performance was noted and the samples exhibited little bulk deformation and bulging, but extensive adiabatic shear banding. Samples annealed below the beta transus temperature exhibited extensive bulk deformation and rear surface bulging, delaminations perpendicular to the penetrator path with shear bands parallel to the direction of impact. In mechanical tests, dynamic strength and failure behaviour of Ti-6Al-4V under compression and biaxial compression/shear loading has been investigated. Scanning electron microscopy (SEM) was used to correlate deformation structures of shear cracks from ballistic tests with that of shear laboratory specimens. Indications of an relationship between the ballistic performance and mechanical behaviour under compression/shear loading of different heat treated titanium targets were noted, e.g. dynamic strength and sensitivity to adiabatic shear failure.

Résumé
Des tests mécaniques et balistiques ont été conduits sur des alliages de titane Ti-6Al-4V soumis à trois conditions de traitement thermique. Chez les spécimens recuits à une température au-dessus de la température de transition béta l'on pouvait constater une perte de la performance balistique. Ces spécimens faisaient état de déformations de gonflement et d'une expansion peu développées, mais également d'un développement important de structures filamenteuses adiabatiques. Chez les spécimens recuits à une température en-dessous de la température de transition l'on pouvait observer des déformations importantes de gonflement, une expansion de la surface arrière, des décollements interlaminaires perpendiculaires au sens de la pointe de pénétration et des structures filamenteuses allant dans le sens parallèle de la direction de l'impacte. Lors de tests méchaniques, la force dynamique et la défaillance de Ti-6Al-4V sous compression et sous compression biaxiale/charge de pression a été soumis a examen. La microscopie électronique à balayage de surface (scanning électron microscopy, SEM) a été utilisée afin de pouvoir établir une corrélation entre les déformations structurelles des fissures de compression venant des tests balistique et celles des spécimens en laboratoire. L'on a pu faire état d'indications d'une relation entre la performance balistiques et le comportement mécanique sous compression/charge de pression de différents objets de titane traites thermiquement, p. ex. La force dynamique et la sensibilité a la défaillance adiabatique sous pression.