室溫ECAP變形工業(yè)純鈦?zhàn)冃涡袨榧敖M織性能研究.pdf

1、等徑彎曲通道變形(Equal Channel Angular Pressing,簡(jiǎn)稱ECAP)技術(shù)是一種通過(guò)劇烈的純剪切變形,制備高性能塊狀超細(xì)晶(Ultra-fine Grained,簡(jiǎn)稱UFG)材料的獨(dú)特加工方法。為了發(fā)揮工業(yè)純鈦的性能潛力,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。本文用通道夾角Φ=90°的模具對(duì)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(cè)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(jī)理和晶粒細(xì)化機(jī)理,以及超細(xì)晶工業(yè)純鈦的變形行為。
　　通過(guò)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(guò)程中主要以位錯(cuò)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(cuò)纏結(jié),通過(guò)位錯(cuò)的重排對(duì)消逐漸演變?yōu)槲诲e(cuò)胞,進(jìn)一步通過(guò)連續(xù)動(dòng)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(cè)試結(jié)果表明:工業(yè)純鈦經(jīng)過(guò)ECAP變形1道次后,抗拉強(qiáng)度和顯微硬度急劇增加。經(jīng)過(guò)2~4道次變形后,抗拉強(qiáng)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(duì)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(guò)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(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)稱性。不同加載方向的壓縮實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)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(guò)納米壓痕實(shí)驗(yàn),對(duì)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(shí)驗(yàn)過(guò)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(duì)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(cuò)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(kuò)散激活能,說(shuō)明熱變形過(guò)程