高純金屬鈦在動(dòng)態(tài)塑性變形時(shí)的微觀組織演變及精細(xì)結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、本論文以六方結(jié)構(gòu)(HCP)高純金屬鈦為研究對(duì)象，在低-中變形量下進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓縮變形試驗(yàn)，應(yīng)變速率為~103 s-1。采用多種材料表征與分析測(cè)試技術(shù)，系統(tǒng)研究高純金屬鈦在該變形條件下的微觀組織演變和孿晶界面精細(xì)結(jié)構(gòu)。通過對(duì)各種形變孿生百分含量進(jìn)行定量表征，研究形變孿生對(duì)協(xié)調(diào)高純金屬鈦動(dòng)態(tài)壓縮變形及細(xì)化原始晶粒的重要作用；同時(shí)，結(jié)合微觀組織演變特征和宏觀織構(gòu)演變規(guī)律，系統(tǒng)研究不同應(yīng)變階段位錯(cuò)和孿生這兩種主要變形機(jī)制對(duì)宏觀織構(gòu)的影響。對(duì)變形組織

2、中出現(xiàn)的{101?2}和{112?2}形變孿晶界面進(jìn)行精細(xì)原子尺度表征，研究在原子尺度下形變孿晶界面缺陷和界面演變特征。并對(duì)變形組織中{112?2}和{112?4}壓縮孿晶的形貌特征、取向關(guān)系、孿晶反應(yīng)界面和原子尺度下孿晶界面特征進(jìn)行了研究。此外，為比較與低應(yīng)變速率變形的差別，對(duì)相同變形量下的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮(應(yīng)變速率為~10-3 s-1)樣品進(jìn)行了相關(guān)組織表征和顯微硬度測(cè)試。主要得出以下結(jié)論：
　?、僭趧?dòng)態(tài)壓縮變形變形量為10%變形組

3、織中發(fā)現(xiàn)少量二次孿生，它們分別是：{101?2}-{112?2}和{112?2}-{101?2}孿晶。隨著變形量的增加，晶粒內(nèi)部通過孿晶與孿晶，孿晶與位錯(cuò)以及位錯(cuò)與位錯(cuò)之間的交互作用，使平均晶粒尺寸從原始尺寸~14μm降至~1.3μm（40%變形量）。變形初期，形變孿晶以{112?2}孿晶為主；當(dāng)變形量達(dá)到20%后，{101?2}孿晶的百分含量大幅增加，轉(zhuǎn)變成為主要的形變孿生模式。
　?、谠诤暧^織構(gòu)演變過程中，孿生改變晶粒內(nèi)部的部

4、分取向，進(jìn)一步促進(jìn)晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)滑移。新形成的[0001] TD織構(gòu)組分主要?dú)w因于{112?2}一次孿晶在變形初期大量形成。隨著變形量的增加，主要的變形模式由形變孿生向位錯(cuò)滑移轉(zhuǎn)變。激發(fā)具有?c+a?柏氏矢量的位錯(cuò)滑移來補(bǔ)償協(xié)調(diào)沿c軸的應(yīng)變。在變形量為40%時(shí)，?a?滑移、?c+a?滑移和{112?2}-{101?2}二次孿晶的共同作用，形成了強(qiáng)烈的基面織構(gòu)。
　?、蹌?dòng)態(tài)壓縮樣品和靜態(tài)壓縮樣品的顯微硬度均隨著變形量的增加而增加，但

5、在同等變形程度下，動(dòng)態(tài)壓縮樣品的顯微硬度比靜態(tài)壓縮樣品的顯微硬度更高。這兩種變形樣品在顯微硬度上存在差別的主要原因是，在同等變形量下，動(dòng)態(tài)壓縮變形比靜態(tài)壓縮變形能激發(fā)更多的形變孿生模式和孿晶數(shù)量。形變孿生模式和孿晶數(shù)量的同時(shí)增加，使動(dòng)態(tài)壓縮變形樣品的孿晶界百分含量高于靜態(tài)壓縮變形。孿晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，減小位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)距離，提高力學(xué)性能。
　?、茉诟呒兘饘兮亜?dòng)態(tài)壓縮變形的孿生模式中，{112?4}壓縮孿晶總是伴隨著{112?2}壓縮孿晶

6、，沒有單獨(dú)存在的{112?2}孿晶。取向分析表明，{112?2}和{112?4}孿晶之間存在四種取向關(guān)系，由{112?2}孿晶誘發(fā)的{112?4}孿晶與同一個(gè)晶粒中的{112?2}孿晶變體具有相同的轉(zhuǎn)軸。根據(jù)晶體對(duì)稱性及相同晶粒中{112?2}和{112?4}孿晶之間的取向關(guān)系，{112?2}-{112?4}孿晶反應(yīng)可形成四種不同類型的孿晶反應(yīng)界面。僅當(dāng){112?2}和{112?4}孿晶沿著同一個(gè)轉(zhuǎn)軸及相同旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，{112?2}-{

7、112?4}孿晶反應(yīng)界面為小角度界面，其界面的取向差角為~12.4°。
　　⑤對(duì){112?2}和{112?4}孿晶界面的原子結(jié)構(gòu)分析表明，{112?2}和{112?4}孿晶界面上均存在小臺(tái)階。{112?2}孿晶界面上的小臺(tái)階滿足(0002)基體||{112?2}孿晶(basal-pyramidal, B-Py)的取向關(guān)系；而{112?4}孿晶界面上的小臺(tái)階由{112?1}基體||(0002)孿晶(pyramidal-basal,