高壓扭轉(zhuǎn)處理超細(xì)晶純鈦微觀組織演變及熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著微型產(chǎn)品需求日益增加，微成形技術(shù)得到迅猛的發(fā)展。塑性微成形技術(shù)具有生產(chǎn)成本低、成形件性能好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合微型零件的批量化生產(chǎn)，在微機(jī)電系統(tǒng)以及微系統(tǒng)技術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，一般金屬材料的平均晶粒尺寸與微成形制件的特征尺寸相當(dāng)，極大地影響微型零件的填充質(zhì)量和尺寸精度。而利用劇烈塑性變形方法制備的具有超細(xì)晶粒度的材料能明顯改善常規(guī)材料的變形不均勻性，在塑性微成形技術(shù)領(lǐng)域中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　本文通過高壓扭轉(zhuǎn)（HPT

2、）工藝制備出不同圈數(shù)HPT純鈦試樣，并研究其在高壓扭轉(zhuǎn)過程中微觀組織演變規(guī)律以及顯微硬度分布規(guī)律。通過研究超細(xì)晶純鈦的存儲(chǔ)能、再結(jié)晶溫度以及超細(xì)晶純鈦退火過程中的靜態(tài)熱穩(wěn)定性，揭示超細(xì)晶純鈦熱穩(wěn)定性機(jī)理。最后研究了應(yīng)變速率和晶粒尺寸對(duì)純鈦在室溫微壓縮過程中的變形行為、表面形貌和微觀組織變化的影響。
　　研究了純鈦在高壓扭轉(zhuǎn)過程中微觀組織演變規(guī)律以及顯微硬分布規(guī)律，結(jié)果表明：在高壓扭轉(zhuǎn)過程中發(fā)生α相（密排六方結(jié)構(gòu)）到ω相（六方結(jié)構(gòu)）

3、轉(zhuǎn)變，且隨著高壓扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，ω相的體積分?jǐn)?shù)逐漸增加。在高壓扭轉(zhuǎn)過程中，試樣的顯微硬度值顯著增加，但在試樣中心存在低硬度區(qū)。試樣邊緣處顯微硬度隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加而逐漸增加，當(dāng)扭轉(zhuǎn)圈數(shù)大于5圈時(shí)，試樣顯微硬度值達(dá)到飽和。扭轉(zhuǎn)圈數(shù)為1/4圈時(shí)，晶粒受到環(huán)向的純剪切變形作用，在晶粒內(nèi)部有大量的位錯(cuò)和孿晶，晶粒尺寸依然較大。扭轉(zhuǎn)圈數(shù)為1圈時(shí)，試樣中心處晶粒尺寸依然較大，而試樣半徑1/2處晶粒已細(xì)化到200nm。扭轉(zhuǎn)圈數(shù)大于5時(shí)，組織內(nèi)部已無孿

4、晶，試樣中心處同時(shí)存在已細(xì)化區(qū)和未細(xì)化區(qū)，而試樣半徑1/2處晶粒已細(xì)化到150nm以下。表明高壓扭轉(zhuǎn)工藝具有較強(qiáng)的晶粒細(xì)化能力。
　　研究了高壓扭轉(zhuǎn)不同圈數(shù)試樣的形變存儲(chǔ)能、再結(jié)晶溫度以及再結(jié)晶激活能。結(jié)果表明：高壓扭轉(zhuǎn)5圈試樣再結(jié)晶溫度在703.8℃到748.8℃之間，再結(jié)晶激活能在94.4KJ/mol到112.2KJ/mol之間，晶粒長大的激活能約為109KJ/mol。高壓扭轉(zhuǎn)變形超細(xì)晶純鈦在退火過程中微觀組織演變可分為幾個(gè)階

5、段，各個(gè)階段可以相互重疊：第一階段存在于劇烈塑性變形材料的晶粒中的位錯(cuò)重新分布和其數(shù)量的減少；第二階段劇烈塑性變形時(shí)形成的不平衡晶界中位錯(cuò)重新分布，導(dǎo)致大角度晶界形成。晶界寬度較窄，約為幾個(gè)原子尺寸；第三階段不平衡晶界組織發(fā)生回復(fù)現(xiàn)象，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力和晶格畸變同時(shí)減小。此時(shí)晶粒尺寸依然很小，無再結(jié)晶形核階段；第四階段發(fā)生再結(jié)晶過程，若回復(fù)后組織存在個(gè)別不平衡晶界，則在再結(jié)晶過程中出現(xiàn)晶粒異常長大；第五階段加熱過程中晶粒長大。
　　純鈦

6、室溫微壓縮實(shí)驗(yàn)表明：超細(xì)晶純鈦的應(yīng)變速率敏感性高于粗晶純鈦。當(dāng)晶粒尺寸低于200nm時(shí)，材料的流動(dòng)應(yīng)力非常平穩(wěn)，這與超細(xì)晶純鈦晶粒內(nèi)部較高的位錯(cuò)密度有關(guān)。隨著微壓縮試樣晶粒尺寸的增大，流動(dòng)應(yīng)力逐漸降低，但當(dāng)試樣晶粒數(shù)目非常少時(shí)，材料的流動(dòng)應(yīng)力反而升高。通過SEM觀察其形貌，結(jié)果表明隨著晶粒尺寸的增大，微壓縮試樣側(cè)面的凹凸不平感越來越明顯，這是由于表面層晶粒所占的比重較大，使得單個(gè)晶粒變形對(duì)于試樣整體變形影響較大所致。當(dāng)晶粒尺寸處于超細(xì)晶