動態(tài)塑性變形條件下純鈦的變形機制和形變孿晶研究.pdf

1、本文以密排六方結(jié)構(gòu)的純鈦為研究對象，進行動態(tài)塑性變形（DPD）實驗和準(zhǔn)靜態(tài)壓縮（QSC）對比試驗，使用掃描電子顯微鏡（SEM）、電子背散射衍射技術(shù)（EBSD）、X射線衍射（XRD）、聚焦離子束（FIB）和透射電子顯微鏡（TEM）對變形樣品進行表征和分析，研究DPD和QSC過程純鈦的變形機制，形變孿晶及其對織構(gòu)演變的影響。利用OM和SEM觀察了高應(yīng)變DPD樣品中出現(xiàn)的絕熱剪切帶（ASB）的形貌特征，對ASB中的絕熱溫升、熱影響區(qū)和動態(tài)行為

2、本構(gòu)方程進行了研究。用EBSD、TEM和高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）詳細表征了變形過程中產(chǎn)生的四種形變孿晶，并探討影響{4211}孿晶產(chǎn)生的因素。
　　在DPD純鈦樣品中共發(fā)現(xiàn)有{2110}、{1211}、{2211}和{4211}四種類型形變孿晶存在，{4211}孿晶的百分含量很低（約0.5％）。形變孿生細化了初始晶粒，當(dāng)應(yīng)變增至0.2時，微結(jié)構(gòu)片層間距降低至臨界值（0.4~0.7μm），孿晶達到飽和。其織構(gòu)演變過程可以分

3、為三個階段：雙峰織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A環(huán)狀分布；圓環(huán)狀分布轉(zhuǎn)變?yōu)榛婵棙?gòu)；基面織構(gòu)強化。{2110}拉伸孿晶在（0002）極圖上形成圓環(huán)狀分布，{2211}壓縮孿晶則弱化初始雙峰織構(gòu)，兩者共同導(dǎo)致了圓環(huán)狀分布的形成。DPD純鈦的變形機制為：低應(yīng)變階段（ε=0.05~0.2），孿生占據(jù)主導(dǎo)地位，滑移起輔助作用；中應(yīng)變-高應(yīng)變階段（ε＞0.2），轉(zhuǎn)變?yōu)槲诲e滑移變形為主。
　　QSC純鈦的微結(jié)構(gòu)演變與DPD基本相同，差別僅在于孿晶達到飽和時的應(yīng)變

4、不同（QSC為0.3）。QSC過程中只產(chǎn)生{2110}、{1211}和{2211}三種類型孿晶。相同的應(yīng)變DPD和QSC樣品對比發(fā)現(xiàn)，高應(yīng)變速率會激發(fā)形變孿晶的形成。QSC的織構(gòu)演變與DPD相似，也分為三個階段。準(zhǔn)靜態(tài)壓縮變形的變形機制與動態(tài)塑性變形相似，前期以孿生變形為主，孿晶飽和后轉(zhuǎn)變?yōu)槲诲e滑移為主。與DPD不同點在于變形機制轉(zhuǎn)變的臨界轉(zhuǎn)變點延后（ε=0.3），說明高應(yīng)變速率會促進變形機制的轉(zhuǎn)變。
　　DPD純鈦在應(yīng)變大于等于

5、0.6時發(fā)現(xiàn)ASB；而QSC樣品沒有出現(xiàn)ASB。表明ASB只有在高應(yīng)變速率（約5×102 s-1）和高應(yīng)變（ε≥0.6）條件下才會形成。ASB中心細晶粒區(qū)和過渡區(qū)的寬度都隨著應(yīng)變的增加而增寬，但過渡區(qū)寬度的增長幅度（1220%）遠高于中心細晶粒區(qū)（77.8%）。通過絕熱溫升和熱影響區(qū)的計算確認了過渡區(qū)受絕熱溫升的影響產(chǎn)生了軟化，硬度比基體和中心細晶粒區(qū)軟。針對動態(tài)本構(gòu)關(guān)系的表述，根據(jù)實驗結(jié)果建立了一個修正的DPD純鈦（?=5×102 s

6、-1）的本構(gòu)方程：154.8365.2。
　　在整個變形過程中，DPD樣品產(chǎn)生四種孿晶，而QSC樣品只產(chǎn)生三種孿晶，{4211}孿晶只在DPD條件下形成。{4211}孿晶總是和{2211}孿晶伴生，它們在同一個(0101)孿晶面上沿著同一個切變方向形成。{2211}-{4211}變體對的取向差角度為12~13°，與12.43°的理論值相吻合。本文首次采用新的―V‖型FIB取出法制備出厚度50nm的高質(zhì)量透射電鏡樣品。利用透射電鏡技

7、術(shù)對四種類型孿晶分別進行了詳細地觀察分析。
　　{4211}孿晶的形成，受到多種因素的影響。高應(yīng)變速率抑制了位錯運動，激發(fā){4211}孿晶的形成。初始雙峰織構(gòu)的取向分布范圍為ф=25~45°(φ1=0°,φ2=0°)，{2110}、{2211}和{4211}三種形變孿晶的SF值相近，初始織構(gòu)對其影響不大。{1211}孿晶的Σ值最?。?1），{2110}和{2211}孿晶的Σ值均為23，{4211}孿晶的Σ值最大（31）意味著最高的