不同晶粒尺寸工业纯钛变形与损伤行为的温度效应

摘要

利用等通道转角挤压(ECAP)和累积叠轧（ARB）等严重塑性变形技术制备的超细晶(UFG)金属材料因其具有比传统粗晶(CG)材料更优越的力学性能而被广泛关注，但是人们主要研究了其在室温条件下的变形行为，而关于其在低温或高温下的变形与损伤行为的研究少见报道。故本论文工作选取ARB制备的ARBed Ti和CG Ti作为研究材料，考察其在同一应变速率10-2 s-1、不同温度下的单向拉伸变形行为与损伤特征;同时还选取ECAP方法制备的UFG Ti和CG Ti作为研究材料，考察其在同一应变速率和不同温度（如-196、25、150和600℃）下的单向压缩变形行为与损伤特征。
　　与CG材料相比，ARBed Ti单向拉伸变形及损伤行为的温度敏感性较低。在同一测试温度下，ARBed Ti的屈服应力和抗拉强度高于CG材料，但延伸率却明显低于CG材料。随着温度的升高，两种材料的变形及损伤变得剧烈，具体表现在:随温度的升高，CG Ti样品表面上形成的微孔洞数量逐渐增多，尺寸增大;拉伸断口表面上韧窝的直径和深度增大，韧窝内壁逐渐出现蛇形滑移带。在同一测试温度下，ARBed Ti样品断口处韧窝尺寸明显小于CG Ti样品断口处的韧窝尺寸。
　　CG Ti和ARBed Ti样品在不同温度下拉伸变形后的微观结构有所不同。CG Ti样品微观结构特征随着测试温度的升高，位错结构逐渐由单个位错和位错缠结发展成位错胞结构，孪晶数量则不断减小，表明位错滑移变形逐渐增强，而孪生变形减弱。对于ARBedTi样品，其微观结构特征与CG材料略有不同，在各测试温度下，尽管也形成大量位错和少量孪晶，但均能观察到明显的位错塞积现象，导致该材料在各温度下的塑性变形能力低于CG Ti。
　　ECAP制备的UFG Ti和CG Ti的压缩变形及损伤行为均与测试温度相关。与CG Ti的变形情况不同，当测试温度（如-196℃～150℃）低于材料的再结晶温度时，UFG Ti单向压缩应力-应变曲线上出现应变软化现象，且测试温度越高，软化现象越明显。当测试温度（如600℃）高于再结晶温度时，UFG Ti的屈服应力和最大流变应力却反常地低于同等实验条件下CG材料的值，这种实验现象是与UFG Ti在较高温度下的晶界滑移或Coble型蠕变变形更容易发生有关。
　　UFG Ti和CG Ti样品的表面变形特征与温度密切有关。在液氮温度下，这两种材料均没有出现严重的变形损伤，具有良好的低温变形能力。即使对于UFG Ti样品，也未出现低温脆性现象。与CG Ti相比，UFG Ti还表现出更好的高温塑性变形能力。两者在压缩变形后相应的微观结构变化也与测试温度密切相关，微观观察结果能很好地解释相应的宏观应力-应变行为。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 粗晶纯钛力学性能的研究概况

1．3 超细晶材料力学性能的研究概况

1．3．1 超细晶概念及严重塑性变形技术的简单介绍

1．3．2 ECAP制备的超细晶材料力学性能的研究概况

1．3．3 ARB制备的超细晶材料力学性能的研究概况

1．4 本论文研究意义、目的及内容

第2章 实验材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 粗晶工业纯钛材料

2．1．2 ARB处理工业纯钛的制备

2．1．3 超细晶(UFG)钛的制备

2．2 实验方法

2．2．1 试样制备

2．2．2 拉伸、压缩实验

2．2．3 微观组织形貌的OM及表面和断口的SEM观察

2．2．4 微观结构的TEM观察

第3章 粗晶工业纯钛与ARB处理工业纯钛的高温拉伸变形与断裂行为

3．1 引言

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 拉伸应力-应变曲线

3．2．2 表面变形形貌及损伤特征

3．2．3 断口表面特征

3．2．4 变形微观结构特征

3．3 本章小结

第4章 粗晶工业纯钛与ECAP处理工业纯钛的高低温压缩变形与损伤行为

4．1 引言

4．2 实验结果与讨论

4．2．1 压缩应力-应变关系

4．2．2 表面变形形貌及损伤特征

4．2．3 变形微观结构特征

4．3 本章小结

第5章 结论与总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文