高純金屬鈦在動態(tài)塑性變形時的微觀組織演變及精細結構研究.pdf

1、本論文以六方結構(HCP)高純金屬鈦為研究對象，在低-中變形量下進行動態(tài)壓縮變形試驗，應變速率為~103 s-1。采用多種材料表征與分析測試技術，系統(tǒng)研究高純金屬鈦在該變形條件下的微觀組織演變和孿晶界面精細結構。通過對各種形變孿生百分含量進行定量表征，研究形變孿生對協(xié)調高純金屬鈦動態(tài)壓縮變形及細化原始晶粒的重要作用；同時，結合微觀組織演變特征和宏觀織構演變規(guī)律，系統(tǒng)研究不同應變階段位錯和孿生這兩種主要變形機制對宏觀織構的影響。對變形組織

2、中出現(xiàn)的{101?2}和{112?2}形變孿晶界面進行精細原子尺度表征，研究在原子尺度下形變孿晶界面缺陷和界面演變特征。并對變形組織中{112?2}和{112?4}壓縮孿晶的形貌特征、取向關系、孿晶反應界面和原子尺度下孿晶界面特征進行了研究。此外，為比較與低應變速率變形的差別，對相同變形量下的準靜態(tài)壓縮(應變速率為~10-3 s-1)樣品進行了相關組織表征和顯微硬度測試。主要得出以下結論：
　?、僭趧討B(tài)壓縮變形變形量為10%變形組

3、織中發(fā)現(xiàn)少量二次孿生，它們分別是：{101?2}-{112?2}和{112?2}-{101?2}孿晶。隨著變形量的增加，晶粒內部通過孿晶與孿晶，孿晶與位錯以及位錯與位錯之間的交互作用，使平均晶粒尺寸從原始尺寸~14μm降至~1.3μm（40%變形量）。變形初期，形變孿晶以{112?2}孿晶為主；當變形量達到20%后，{101?2}孿晶的百分含量大幅增加，轉變成為主要的形變孿生模式。
　?、谠诤暧^織構演變過程中，孿生改變晶粒內部的部

4、分取向，進一步促進晶粒內部的位錯滑移。新形成的[0001] TD織構組分主要歸因于{112?2}一次孿晶在變形初期大量形成。隨著變形量的增加，主要的變形模式由形變孿生向位錯滑移轉變。激發(fā)具有?c+a?柏氏矢量的位錯滑移來補償協(xié)調沿c軸的應變。在變形量為40%時，?a?滑移、?c+a?滑移和{112?2}-{101?2}二次孿晶的共同作用，形成了強烈的基面織構。
　　③動態(tài)壓縮樣品和靜態(tài)壓縮樣品的顯微硬度均隨著變形量的增加而增加，但

5、在同等變形程度下，動態(tài)壓縮樣品的顯微硬度比靜態(tài)壓縮樣品的顯微硬度更高。這兩種變形樣品在顯微硬度上存在差別的主要原因是，在同等變形量下，動態(tài)壓縮變形比靜態(tài)壓縮變形能激發(fā)更多的形變孿生模式和孿晶數(shù)量。形變孿生模式和孿晶數(shù)量的同時增加，使動態(tài)壓縮變形樣品的孿晶界百分含量高于靜態(tài)壓縮變形。孿晶界阻礙位錯運動，減小位錯運動距離，提高力學性能。
　?、茉诟呒兘饘兮亜討B(tài)壓縮變形的孿生模式中，{112?4}壓縮孿晶總是伴隨著{112?2}壓縮孿晶

6、，沒有單獨存在的{112?2}孿晶。取向分析表明，{112?2}和{112?4}孿晶之間存在四種取向關系，由{112?2}孿晶誘發(fā)的{112?4}孿晶與同一個晶粒中的{112?2}孿晶變體具有相同的轉軸。根據(jù)晶體對稱性及相同晶粒中{112?2}和{112?4}孿晶之間的取向關系，{112?2}-{112?4}孿晶反應可形成四種不同類型的孿晶反應界面。僅當{112?2}和{112?4}孿晶沿著同一個轉軸及相同旋轉方向時，{112?2}-{

7、112?4}孿晶反應界面為小角度界面，其界面的取向差角為~12.4°。
　?、輰112?2}和{112?4}孿晶界面的原子結構分析表明，{112?2}和{112?4}孿晶界面上均存在小臺階。{112?2}孿晶界面上的小臺階滿足(0002)基體||{112?2}孿晶(basal-pyramidal, B-Py)的取向關系；而{112?4}孿晶界面上的小臺階由{112?1}基體||(0002)孿晶(pyramidal-basal,