多晶純鈦室溫下不同應變速率塑性變形的孿生形變機制研究.pdf

1、本論文選用具有典型軋制織構的高純Ti（99.995％）板材，沿法向（ND）取一批圓柱體樣品，壓縮軸與 ND方向平行。在室溫條件下，采用應變速率范圍為10-3s-1～102s-1進行單向軸壓縮，利用X射線衍射測試樣品織構演變，以及利用電子被散射衍射（EBSD）技術，定量表征形變前后樣品的微觀組織及其演變規(guī)律，尤其對形變過程中產(chǎn)生的孿晶變體進行標定和定量表征。在 EBSD測試中觀察到三代孿晶變體，它們分別是：初次孿晶包含{1122}壓縮(C

2、T)和{1012}拉伸(ET)孿晶；二次孿晶包含{1012}拉伸和{1122}壓縮孿晶；以及三次孿晶包含{1122}孿晶。將孿晶坐標系中的孿生剪切應變旋轉至相鄰晶粒晶體坐標系內(nèi)，最終得到的協(xié)調(diào)應變與傳統(tǒng)Schmid定律結合，詳細分析初次、二次和三次孿晶變體的選取規(guī)則。為研究微觀組織與力學性能的關系，本論文采用多項式對流變曲線進行擬合。并利用二次偏導方法，確定產(chǎn)生孿生和動態(tài)再結晶（DRX）的臨界應力應變值。
　　主要得出以下結論：<

3、br>　　1.加工硬化速率θ以真實應力σ為函數(shù)關系的曲線圖，呈現(xiàn)出明顯的三個階段。對流變曲線塑性變形段的平滑處理采用多項式擬合，擬合最佳指數(shù)是9，特殊情況可以增加至10。
　　2.流變應力曲線斜率的拐點對應曲線二次偏導相反數(shù)的極小值，在該點的微觀組織中發(fā)現(xiàn)大量孿晶，即證明該點是第一個（孿生）臨界應變點。流變曲線二次偏導相反數(shù)的第二個極小值被鑒定為第二個臨界點，該點對應的應變量所對應微觀結構分析發(fā)現(xiàn)細小等軸晶粒，證明該點是第二個（動

4、態(tài)再結晶）臨界應變點。應變速率為0.01s-1形變條件下的發(fā)生孿生的臨界應變?yōu)?0.24，發(fā)生動態(tài)再結晶的臨界應變?yōu)?0.67。
　　3.動態(tài)再結晶的形核位置有兩處：初始晶粒晶界周圍和孿晶界附近形核，晶粒呈等軸狀沿初始晶粒晶界周圍和孿晶界分布。高密度位錯在初始晶界和孿晶界周圍聚集，隨應變量增加，這些位錯發(fā)生纏結。當應變繼續(xù)增加，位錯開始發(fā)生重新排列和交滑移，形成無位錯的胞狀亞晶界，晶界發(fā)生遷移和旋轉，將亞晶界轉換成大角度晶界，即形

5、成再結晶晶粒晶界。
　　4.孿生和動態(tài)再結晶的產(chǎn)生都使得晶體發(fā)生旋轉，孿生部分的晶體形成的織構主要沿TD方向分布；孿晶內(nèi)產(chǎn)生的再結晶晶粒取向與孿生織構相近，初始晶粒附近的再結晶晶粒呈隨機分布，兩種再結晶晶粒的取向都對基體織構都起到了分散和弱化強度的作用。
　　5.實驗中檢測到三代孿晶系，它們分別為：初次孿晶包含CT和ET、二次孿晶ET和CT和三次孿晶CT，并通過極射投影方法對所有可能的孿晶變體進行精確表征。在計算孿晶變體的S

6、chmid factor(SF)值時發(fā)現(xiàn)部分具有低SF孿晶在形變過程中產(chǎn)生。
　　6.二次孿晶按照角軸對定義可分為A、B、C三類：A-41.3°<1543>,B-48.4°<5503>以及C-87.9°<4730>，其中B類型的變體在實驗中出現(xiàn)的頻率最多，而A、C兩類的百分比相當，低于B類。
　　7.初次孿生選取條件：孿晶在相鄰晶粒內(nèi)要求產(chǎn)生exy和eyx滑移（CRSS最低的柱面滑移）時，低SF孿晶能在形變過程中形核，因為該

7、條件下做功最小。相反的，exz、eyz和ezx、ezy張量分別對應CRSS較高的基面滑移（前一對）和錐面滑移（后一對），開啟的難度大，即使擁有高SF的孿晶若要求啟動基面或錐面滑移也會被抑制產(chǎn)生。
　　8.二次孿生選取條件：高SF孿晶變體在相鄰晶粒內(nèi)要求產(chǎn)生CRSS最高的錐面滑移或孿生時，將在形變過程中被抑制。低SF孿晶僅有在相鄰晶粒內(nèi)產(chǎn)生柱面或基面滑移時，該孿晶能在形變過程中形核。
　　9.三次孿生選取條件：所有觀察到的三次

8、孿晶SF值都很高，高SF孿晶變體在相鄰晶粒內(nèi)要求產(chǎn)生 CRSS最高的錐面滑移或孿生時，在形變過程中被抑制。在相鄰晶粒內(nèi)要求產(chǎn)生柱面滑移或基面滑移的孿晶在形變過程中得以形核。
　　10.具有高SF值的初次孿晶和二次孿晶在形變過程中比低SF值的孿晶更容易長大，說明孿晶的長大過程遵從Schmid規(guī)律。
　　11.DRX對應的臨界應力隨應變速率增加而升高，但是孿生臨界應變值幾乎對應變速率不敏感，因為孿生的一種非熱激活形變機制。相反

9、DRX是熱激活機制，臨界應變值隨應變速率的降低或溫度的升高而減小。位錯密度隨應變的增加而增加，為再結晶提供驅動力。室溫下純鈦單軸壓縮的應變速率敏感因子經(jīng)計算得出m=0.02。
　　12.金屬鈦和鎂各個滑移系的CRSS存在較大差異。鈦中最易開啟的是柱面滑移 CRSSPr=181MPa，最難開啟的是錐面滑移 CRSSPyr=494MPa，CRSSPr/CRSSPyr=1:2.7。相反鎂中最易開啟的是基面滑移CRSSBas=0.7MPa

10、，最難開啟的是柱面滑移 CRSSPr=40MPa，兩者之比 CRSSBas/CRSSPr=1:57。最易開啟滑移系與最難開啟滑移系比值相差約21倍，因此兩者的孿晶變體選取也有巨大差異：鎂的孿晶選取規(guī)則是：孿晶在相鄰晶粒內(nèi)要求基面滑移，得以形核；孿晶在相鄰晶粒內(nèi)要求柱面滑移，形核被抑制。而鈦的孿晶選取規(guī)則較鎂復雜：i）初次孿晶在相鄰晶粒內(nèi)啟動柱面滑移，低SF孿晶也能夠在基體形核，然而高SF孿晶在相鄰晶粒內(nèi)啟動基面或錐面滑移，被抑制；ii）