纯钛扭剪剧烈塑性变形机制与强韧化研究

摘要

钛及钛合金因其具有低密度、优异综合性能、良好生物相容性等被广泛应用于汽车、航空、航天、生物医学以及其它轻量化结构制造中。但传统成形工艺制备的纯钛或者钛合金由于其较低的强度或韧性，很难做到力学性能的良好匹配，解决问题的一条技术途径就是使用大塑性变形（SPD）制备超细乃至纳米结构的钛及钛合金。扭转剪切变形被认为是累积塑性应变效率最高的变形模式，其中涉及到纯剪切和简单剪切在累积塑性应变和细化晶粒过程中的关键作用。
　　论文通过试验研究、理论分析和模拟计算相结合的方法，针对纯钛扭转剪切SPD机制与强韧化工艺开展研究。首先开展了纯钛单扭、正反扭和拉扭组合基本变形模式的试验研究，然后针对纯钛扭转变形过程中的温度影响进行了分析，最后对纯钛和纯铝复合共挤下的椭圆截面螺旋等通道挤压（ECSEE）变形工艺进行了讨论。论文取得以下研究成果：
　　（1）获得了室温变形条件下纯钛单扭、正反扭和拉扭非比例加载路径下的微观组织和力学性能演变规律，分析讨论了组合式扭转剪切工艺过程的晶粒细化机制与变形改性机理，总结了多模式扭转剪切变形过程中的位错演化路径及其对纯钛大塑性变形改性的影响；
　　（2）获得了热力耦合作用下，纯钛扭转变形组织的演化规律，分析了扭转剪切变形对纯钛微观组织α相形貌的调控作用，同时在变形过程中发现析出的β和ω相与α相具有一定的位向关系。从而为组合式扭转剪切变形的细晶稳定化与力学性能强韧化提供参考；
　　（3）研究了一种组合模式的挤压扭转椭圆截面螺旋等通道变形（ECSEE）Al/Ti复合成形工艺，分析总结了纯钛和纯铝ECSEE工艺过程中的变形损伤、力学性能演化和组织结构演变过程，获得了ECSEE纯钛晶粒细化机制、位错演化路径与强韧化改性途径。

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摘 要

Abstract

本文主要成果与新见解

目 录

第1章 绪 论

1.1引 言

1.2钛及钛合金研究现状及发展

1.3剧烈塑性变形工艺技术及发展

1.3.1 SPD工艺分类

（2）等通道转角挤压

（3）挤扭工艺

（4）其它SPD工艺

1.3.2 SPD细晶机制

1.3.3 SPD晶界改性

1.3.4 SPD组织与织构演化

（1）SPD组织演化

（2）SPD织构演化

1.4 纯钛扭转剪切变形与强韧化研究存在的问题

1.5 本文选题背景及意义

1.6 本文研究内容与方法

1.6.1 主要研究内容

1.6.2 主要研究方法

第2章 纯钛扭转剪切变形研究基础理论与方法

2.1 引 言

2.2 扭转剪切变形工艺基础

2.2.1 弹塑性变形物理基础

（1）位错滑移机制

（2）孪生形变机制

2.2.2 简单剪切及其纯剪切

2.3 纯钛力学性能研究

2.3.1 单轴拉伸试验

2.3.2 显微硬度试验

2.3.3 微米压痕试验

2.4 纯钛微观组织研究

2.4.1 金相试验

2.4.2 SEM试验

2.4.3 EBSD试验

2.4.4 TEM试验

2.5 纯钛损伤断裂研究

2.5.1 损伤断裂理论基础

2.5.2 扫描断口分析

2.6 本章小结

第3章 扭转剪切模式对纯钛塑性变形的影响

3.1 引 言

3.2 纯钛单扭塑性变形分析

3.2.1 力学性能分析

3.2.2 数值模拟仿真

3.2.3 微观组织分析

3.2.4 变形织构分析

3.2.5 位错结构演化

3.2.6 断口扫描分析

3.3 纯钛正反扭塑性变形分析

3.3.1 力学性能分析

3.3.2 数值模拟仿真

3.3.3 微观组织分析

3.3.4 变形织构分析

3.3.5 位错结构演化

3.3.6 断口扫描分析

3.4 纯钛预扭转对拉伸变形影响

3.4.1 力学性能分析

3.4.2 微观组织分析

3.4.3 断口扫描分析

3.5 纯钛拉扭塑性变形分析

3.5.1 力学性能分析

3.5.2 微观组织分析

3.5.3 位错结构演化

3.5.4 断口扫描分析

3.6 本章小结

第4章 扭转剪切温度对纯钛塑性变形的影响

4.1 引 言

4.2 纯钛高温扭转剪切变形

4.2.1 力学性能分析

4.2.2 微观组织分析

4.2.3 位错结构演化

4.2.4 断口扫描分析

4.3 本章小结

第5章 钛铝复合挤压扭转剪切变形分析

5.1 引 言

5.2 钛铝复合挤压工艺

5.3 纯铝晶粒细化机制与变形织构

5.3.1 微观组织演化

5.3.2 变形织构分析

5.3.3 位错结构演化

5.4 纯钛晶粒细化机制与变形织构

5.4.1 微观组织演化

5.4.2 变形织构分析

5.4.3 位错结构演化

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

攻读硕士期间参与的科研项目

致 谢