純鈦的變形孿晶演變規(guī)律及相關晶體學問題的研究.pdf

1、鈦及其合金由于其具有良好的綜合力學性能，被大規(guī)模應用在航空航天、軍事工業(yè)、石油化工、生物醫(yī)學、精密制造、建筑工程及海水淡化等領域，被譽為是一種可在太空、陸地、海洋以及人體中廣泛應用的“全能金屬”，是當代最具魅力的金屬材料。研究者一直致力于從微觀變形機制的角度探討其具有良好性能的原因，以期找到有效的方法進一步提高其性能，并為改善其它HCP結構金屬的性能提供理論參考?！皩\生誘發(fā)塑性”模型指出變形孿晶與鈦及其合金優(yōu)異的變形性能和延展性是密不可

2、分的。因此，本文對純鈦塑性變形過程中變形孿晶的演變及其相關的晶體學問題進行深入的研究，從變形孿晶的角度豐富和發(fā)展鈦及其合金的塑性變形理論。
　　本文采用“非連續(xù)SEM/EBSD原位法”，在塑性變形過程中非連續(xù)地對特定研究區(qū)域進行SEM觀察及EBSD掃描，在微米級尺度上，從微觀織構以及微觀取向的角度研究室溫下純鈦的變形孿晶機理及其形核、生長、增殖等焦點問題。對一次孿晶、二次孿晶、雙孿晶的變體選擇規(guī)律和機理進行深入探討，探尋決定孿晶變

3、體選擇的關鍵因素。這為鈦合金優(yōu)化設計、性能預測、控制損傷提供理論基礎，并為其塑性變形計算及模擬提供技術參數和實驗依據。
　　變形孿晶演變規(guī)律研究表明，在槽型壓縮和冷軋兩種變形條件下，均有{1012}拉伸孿晶、{1122}壓縮孿晶、以及{1122}-{1012}和{1012}-{1122}雙孿晶被激發(fā)。孿晶的詳細演變過程為:孿晶在塑性變形的最初期形核于取向有利、尺寸較大的晶粒中。隨著塑性變形量增加，孿晶快速生長。當變形進一步加劇，分

4、屬不同變體的孿晶片相互接觸、交割并阻礙彼此繼續(xù)長大，此時取向有利的大尺寸晶粒的孿晶飽和，孿晶開始在取向不利的晶粒中激發(fā)。研究還發(fā)現晶粒尺寸對孿晶的激發(fā)有重要影響，主要原因為“極軸機制”中位錯源在小尺寸晶粒中開動較困難，另外較小晶粒直徑導致孿晶應變能增加從而抑制孿晶形核。
　　對孿晶系統(tǒng)選擇規(guī)律的研究發(fā)現:通過應變張量的符號可以判定在特定取向晶體中有哪些孿晶系統(tǒng)可能被激發(fā)，預判結果和實驗結果吻合較好。依據這一結論對沿ND方向壓縮變形

5、的計算推廣至分別沿BD、FD和ND三個方向的壓縮和拉伸變形的計算，并繪制了三種孿晶系統(tǒng)可激發(fā)晶體取向分布的{0002}極圖。
　　通過對孿晶變體的Schmid因子及標準化Schmid因子(NSF)計算發(fā)現:一次和二次孿晶變體選擇在總體規(guī)律上遵循Schmid定律。利用Schmid定律判斷孿晶變體選擇時應同時關注NSF分布，如NSF大于0.85，該變體有較大可能性激發(fā);同時，對被激發(fā)變體的能量因子計算表明:一次和二次孿生均非常好的遵循

6、高能量因子變體被優(yōu)先選擇的規(guī)律。因為能量因子的計算模型通過Hall-Petch方程引入晶粒形狀以及尺寸效應，Schmid因子模型以及其它模型均不能體現這種影響。因此，能量因子模型的計算結果更接近實驗結果;通過對比全部孿晶變體的自由行程，在變形前即可判定初生孿晶變體在基體晶粒中的激發(fā)位置。
　　對{1122}、{1012}和{1121}三種孿晶系統(tǒng)的晶體學計算表明:由于晶體學對稱性，由{1122}、{1012}和{1121}三種孿晶