純鈦的變形孿晶演變規(guī)律及相關(guān)晶體學(xué)問(wèn)題的研究.pdf

1、鈦及其合金由于其具有良好的綜合力學(xué)性能，被大規(guī)模應(yīng)用在航空航天、軍事工業(yè)、石油化工、生物醫(yī)學(xué)、精密制造、建筑工程及海水淡化等領(lǐng)域，被譽(yù)為是一種可在太空、陸地、海洋以及人體中廣泛應(yīng)用的“全能金屬”，是當(dāng)代最具魅力的金屬材料。研究者一直致力于從微觀變形機(jī)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(jìn)一步提高其性能，并為改善其它HCP結(jié)構(gòu)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(duì)純鈦塑性變形過(guò)程中變形孿晶的演變及其相關(guān)的晶體學(xué)問(wèn)題進(jìn)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(guò)程中非連續(xù)地對(duì)特定研究區(qū)域進(jìn)行SEM觀察及EBSD掃描，在微米級(jí)尺度上，從微觀織構(gòu)以及微觀取向的角度研究室溫下純鈦的變形孿晶機(jī)理及其形核、生長(zhǎng)、增殖等焦點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)一次孿晶、二次孿晶、雙孿晶的變體選擇規(guī)律和機(jī)理進(jìn)行深入探討，探尋決定孿晶變

3、體選擇的關(guān)鍵因素。這為鈦合金優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能預(yù)測(cè)、控制損傷提供理論基礎(chǔ)，并為其塑性變形計(jì)算及模擬提供技術(shù)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　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(xì)演變過(guò)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(zhǎng)。當(dāng)變形進(jìn)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(zhǎng)大，此時(shí)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(xiàn)晶粒尺寸對(duì)孿晶的激發(fā)有重要影響，主要原因?yàn)椤皹O軸機(jī)制”中位錯(cuò)源在小尺寸晶粒中開動(dòng)較困難，另外較小晶粒直徑導(dǎo)致孿晶應(yīng)變能增加從而抑制孿晶形核。
　　對(duì)孿晶系統(tǒng)選擇規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn):通過(guò)應(yīng)變張量的符號(hào)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(yù)判結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。依據(jù)這一結(jié)論對(duì)沿ND方向壓縮變形

5、的計(jì)算推廣至分別沿BD、FD和ND三個(gè)方向的壓縮和拉伸變形的計(jì)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(guò)對(duì)孿晶變體的Schmid因子及標(biāo)準(zhǔn)化Schmid因子(NSF)計(jì)算發(fā)現(xiàn):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(shí)應(yīng)同時(shí)關(guān)注NSF分布，如NSF大于0.85，該變體有較大可能性激發(fā);同時(shí)，對(duì)被激發(fā)變體的能量因子計(jì)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?yàn)槟芰恳蜃拥挠?jì)算模型通過(guò)Hall-Petch方程引入晶粒形狀以及尺寸效應(yīng)，Schmid因子模型以及其它模型均不能體現(xiàn)這種影響。因此，能量因子模型的計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果;通過(guò)對(duì)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(duì){1122}、{1012}和{1121}三種孿晶系統(tǒng)的晶體學(xué)計(jì)算表明:由于晶體學(xué)對(duì)稱性，由{1122}、{1012}和{1121}三種孿晶