室溫ECAP變形工業(yè)純鈦變形行為及組織性能研究.pdf

1、等徑彎曲通道變形(Equal Channel Angular Pressing,簡稱ECAP)技術(shù)是一種通過劇烈的純剪切變形,制備高性能塊狀超細(xì)晶(Ultra-fine Grained,簡稱UFG)材料的獨特加工方法。為了發(fā)揮工業(yè)純鈦的性能潛力,擴大其應(yīng)用范圍。本文用通道夾角Φ=90°的模具對工業(yè)純鈦進(jìn)行了多道次室溫ECAP變形,制備了平均晶粒尺寸小于200 nm超細(xì)晶工業(yè)純鈦,采用TEM、SEM、EBSD、XRD、納米壓痕和熱模擬等先

2、進(jìn)的分析檢測技術(shù),系統(tǒng)研究了室溫ECAP工業(yè)純鈦的組織結(jié)構(gòu)特征及其演變、ECAP變形機理和晶粒細(xì)化機理,以及超細(xì)晶工業(yè)純鈦的變形行為。
　　通過光學(xué)顯微鏡、TEM以及EBSD觀察和分析各道次變形后的顯微組織。結(jié)果表明:工業(yè)純鈦室溫ECAP變形過程中主要以位錯滑移為主,局部應(yīng)力集中可誘發(fā)孿生協(xié)調(diào)變形。隨著等效應(yīng)變的增加,劇烈的剪切變形使原始晶粒首先形成大量板條及位錯纏結(jié),通過位錯的重排對消逐漸演變?yōu)槲诲e胞,進(jìn)一步通過連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶形

3、成大角度晶界超細(xì)晶組織。
　　ECAP變形前后工業(yè)純鈦的室溫拉伸性能和顯微硬度測試結(jié)果表明:工業(yè)純鈦經(jīng)過ECAP變形1道次后,抗拉強度和顯微硬度急劇增加。經(jīng)過2~4道次變形后,抗拉強度和平均顯微硬度的增幅顯著減小并趨于穩(wěn)定,且橫截面的硬度分布及組織越趨均勻。
　　采用X射線衍射技術(shù)對原始試樣和ECAP變形各道次試樣進(jìn)行宏觀織構(gòu)演變分析,發(fā)現(xiàn)原始試樣中存在典型的熱軋板織構(gòu),經(jīng)過ECAP變形1道次后,基面織構(gòu)顯著減少,產(chǎn)生新的P

4、織構(gòu)和柱面 B織構(gòu);2、3道次變形后,仍為柱面 B織構(gòu),但P織構(gòu)消失;4道次變形后,最終形成以柱面織構(gòu)為主的ECAP變形織構(gòu)。
　　超細(xì)晶工業(yè)純鈦室溫拉伸和壓縮實驗測試發(fā)現(xiàn):ECAP變形后工業(yè)純鈦的應(yīng)變硬化能力較低,存在拉伸-壓縮屈服不對稱性。不同加載方向的壓縮實驗測試顯示超細(xì)晶工業(yè)純鈦具有力學(xué)性能的各向異性,即Y方向加載時的流變應(yīng)力均高于X方向加載。這與超細(xì)晶工業(yè)純鈦具有明顯的柱面織構(gòu)有關(guān)。
　　通過納米壓痕實驗,對粗晶、

5、室溫ECAP變形1和4道次工業(yè)純鈦的室溫蠕變性能進(jìn)行研究。隨著加載速率的增加,材料的硬度和彈性模量均增加。在納米壓痕實驗過程中,出現(xiàn)了包含硬化區(qū)的壓痕尺寸效應(yīng)。室溫ECAP變形1道次后,工業(yè)純鈦的蠕變抗力得到改善,隨著擠壓道次的增加,蠕變抗力略有降低。
　　對超細(xì)晶工業(yè)純鈦在變形溫度為250~550°C和應(yīng)變速率為0.00001~1 s-1范圍內(nèi)的熱變形行為進(jìn)行研究。超細(xì)晶工業(yè)純鈦的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)流變特征,流變應(yīng)力隨著變

6、形溫度的升高和應(yīng)變速率的減小而減小。與粗晶工業(yè)純鈦相比,超細(xì)晶工業(yè)純鈦表現(xiàn)出明顯的流變軟化現(xiàn)象,具有較高的應(yīng)變速率敏感指數(shù)和較低的流變應(yīng)力激活體積。超細(xì)晶工業(yè)純鈦非平衡的大角度晶界加速位錯在晶界湮滅使得材料流變軟化及應(yīng)變速率敏感指數(shù)增加。
　　采用Arrhenius本構(gòu)模型建立了超細(xì)晶工業(yè)純鈦的熱變形本構(gòu)方程,其中應(yīng)力指數(shù)n為11.225,熱變形激活能Q為169.008 kJ·mol-1,接近α-鈦的晶格擴散激活能,說明熱變形過程