不同应变速率下高纯钛微观结构和织构演变

摘要

本文以纯度为99.995％高纯度多晶钛板材为研究对象，采用配备在扫描电子显微镜上的电子背散射衍射和二次电子成像技术，并结合X射线衍射，系统表征了动态塑性变形（DPD）和准静态压缩（QSC）条件下不同应变量纯钛的微观结构以及织构。并利用Zerilli-Armstrong模型理论计算绝热温升、理论热扩散距离。对Zerilli-Armstrong模型参数拟合提出纯钛室温动态塑性变形（DPD）本构方程。得到以下结论：
　　⑴纯钛在压缩条件下变形，在低应变阶段，孪生变形机制和滑移变形机制共同作用，其中孪生变形占据主导地位；在中应变-高应变阶段，转变为位错滑移变形为主。其中不同应变速率下变形主导机制转变所需应变量不同（εDPD=0.2；εQSC=0.3）。形变孪生的发生细化了初始等轴晶粒，当微结构中片层结构间距降低至临界值后，孪生变形受到抑制，形变孪晶达到饱和状态（其中εDPD=0.2；εQSC=0.3）。同时在DPD高应变时（ε≥0.6），还发现了绝热剪切带的存在。
　　⑵在DPD纯钛中共发现有{2110}、{1211}、{2211}和{4211}四种类型形变孪晶存在。QSC纯钛中共发现有{2110}、{1211}、{2211}三种类型形变孪晶存在。变形孪晶的总体含量与应变速率有关，且相同应变量条件下，应变速率越高，形成的变形孪晶越多。其中，{1211}和{4211}孪晶的百分含量很少。{2110}拉伸孪晶在（0002）极图上形成了圆环状分布，{2211}压缩孪晶则弱化了初始双峰织构，两者综合作用导致了圆环状组分分布形成。
　　⑶纯钛不同应变速率织构演变过程可以分为三个阶段：①双峰织构向圆环状分布转变，②圆环状分布向基面织构转变，③基面织构强化。DPD和QSC织构演变的主要区别在于两种变形模式下，第二阶段，即圆环状分布向基面织构转变的开始应变量不一致（DPD开始点ε=0.2，QSC开始点ε=0.3）。DPD样品取向分布函数（ODF）分析表明：在低应变阶段，极密度最大值f(g)max保持在(φ1=0°,φ=35°,φ2=30°)位置；在中应变阶段，f(g)max向中心极点移动；在高应变阶段，f(g)max稳定在中心极点（φ=0°）。
　　⑷纯钛在动态压缩塑性变形条件下(约5×102s-1)当ε≥0.6后出现绝热剪切带，而准静态压缩条件下没有剪切带出现，表明纯钛中绝热剪切带的出现与高应变速率和高应变有关。随着应变量的增加剪切带宽度有少许增加，形成的等轴晶晶粒增大，剪切带两边过渡区宽度明显增加。显微硬度分析结果表明，从基体到剪切带中心硬度先减少后增大，在剪切带中心硬度相对两边有明显提高。利用Zerilli-Armstrong模型计算应变为0.6时，剪切带绝热温升为678K，理论热扩散距离为15.5μm。拟合Zerilli-Armstrong模型本构方程，得出如下的室温纯钛应变速率为5×102s-1的本构方程：σ=154.83+365.2。

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1 绪论

1.1 引言

1.2钛的晶体结构

1.3钛的塑性变形特点

1.4钛的织构

1.5动态塑性变形

1.6绝热剪切带

1.7 课题研究意义和内容

2 实验材料及方法

2.1试验材料

2.2分析技术

3 DPD纯钛的微结构和织构演变

3.1 引言

3.2 DPD纯钛的微结构演变

3.3 DPD纯钛的织构演变

3.4 DPD变形过程中滑移与孪生

3.5 DPD纯钛的变形机制

3.6 本章小结

4 应变速率对变形纯钛微结构和织构的影响

4.1引言

4.2 QSC纯钛的微结构演变

4.3 QSC纯钛的织构演变

4.4应变速率对纯钛微观结构和变形机制的影响

4.5本章小结

5 动态塑性变形纯钛的绝热剪切带研究

5.1引言

5.2纯钛剪切带形貌特征

5.3热影响区理论计算

5.4本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附 录