TLM鈦合金壓縮形變織構(gòu)及晶界特征研究.pdf

1、多晶體材料晶粒的擇優(yōu)取向（織構(gòu)）強烈影響著多晶體材料性能的各向異性，進而直接影響材料的物理和力學性能，明確材料在不同加工工藝條件下織構(gòu)演變規(guī)律至關(guān)重要，有利于優(yōu)化加工工藝從而預(yù)測和改善產(chǎn)品最終性能；多晶體材料的晶界結(jié)構(gòu)與性質(zhì)強烈影響著晶界遷動、溶質(zhì)原子在晶界的偏聚等現(xiàn)象以及材料的力學和物理性能等，基于晶界控制和設(shè)計來改進材料性能已成為材料科學研究的一個重要領(lǐng)域。所以，在材料研制和改性過程中，弄清楚材料晶界結(jié)構(gòu)及不同形變條件下的形變行為對

2、于優(yōu)化加工工藝、控制顯微組織演變和織構(gòu)演變規(guī)律至關(guān)重要。本文針對西北有色金屬研究院于2005年自主設(shè)計和研發(fā)的新型近β型生物醫(yī)用鈦合金TLM（Low Modulus Titanium，名義成分Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb），分析不同形變條件下組織和織構(gòu)演變規(guī)律，深入研究了TLM鈦合金在冷、熱變形條件下的形變機理，建立形變參數(shù)與組織結(jié)構(gòu)及織構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系，探討晶界分布特征及機理，為TLM生物醫(yī)用鈦合金組織控制、加工參數(shù)優(yōu)化和改善力

3、學性能等生產(chǎn)研究過程的提供重要技術(shù)支持。本文的主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　基于不同形變量條件下的室溫壓縮試驗，揭示了固溶處理態(tài)TLM鈦合金室溫壓縮變形機理、微觀組織結(jié)構(gòu)及織構(gòu)演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其形變機理主要涉及位錯滑移和孿生，同時變形過程中存在應(yīng)力誘發(fā)α"相變；在5％壓縮量形變時，織構(gòu)強度最低，應(yīng)力誘發(fā)馬氏體α"相晶面趨向于{220}面的擇優(yōu)取向；壓縮量在10%～50%范圍內(nèi)，β相形變織構(gòu)聚集于{111}<110>和{111}<11

4、2>取向，且取向密度隨應(yīng)變量的增加而增強；相比較原始織構(gòu)強度，形變織構(gòu)強度呈現(xiàn)降低-升高-降低的演變規(guī)律。
　　建立了固溶處理態(tài)TLM鈦合金在試驗條件下的加工圖，分析了組織演變規(guī)律，揭示了TLM鈦合金的高溫變形行為，為優(yōu)化熱加工工藝參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。結(jié)果表明，合金在試驗條件下的熱變形過程中不存在失穩(wěn)區(qū)；在形變溫度為850℃、應(yīng)變速率為0.01s-1熱變形條件區(qū)域，能量耗散效率具有最大值，為36%。
　　研究了TLM鈦合金在不同

5、條件下熱變形織構(gòu)組份及其演變規(guī)律，結(jié)合組織結(jié)構(gòu)闡明了織構(gòu)演變的內(nèi)在機理，為基于織構(gòu)領(lǐng)域的TLM工藝改性研究奠定了基礎(chǔ)，提供了技術(shù)支持。結(jié)果表明，隨著形變溫度的升高，TLM合金織構(gòu)強度呈現(xiàn)先升高再降低的演變規(guī)律；850℃形變溫度條件下具有織構(gòu)強度最低值，TLM合金晶粒取向更趨于隨機分布狀態(tài)；隨著應(yīng)變速率的升高，TLM合金織構(gòu)強度呈現(xiàn)逐步升高的演變規(guī)律；隨著形變量的增加，形變織構(gòu)強度呈現(xiàn)升高-降低-升高的演變規(guī)律。
　　基于不同形變條

6、件下的小變形量室溫壓縮試驗，研究了TLM合金在不同形變條件下的晶界特征分布，揭示了其晶界取向角度的變化規(guī)律及CSL（重合位置點陣晶界）特殊晶界的演變規(guī)律。結(jié)果表明，隨著應(yīng)變速率由0.001s-1升高到1s-1，形變量由3%增加到4%，3°取向角附近晶界的數(shù)量明顯增加；1s-1應(yīng)變速率、3%～4.5%形變條件下，隨形變量的增加，Σ29特殊晶界數(shù)量明顯增加；隨著形變量增加到4.5%，Σ3和Σ13特殊晶界數(shù)量明顯減少，Σ11和Σ29特殊晶界數(shù)