多晶純鈦室溫下不同應(yīng)變速率塑性變形的孿生形變機(jī)制研究.pdf

1、本論文選用具有典型軋制織構(gòu)的高純Ti（99.995％）板材，沿法向（ND）取一批圓柱體樣品，壓縮軸與 ND方向平行。在室溫條件下，采用應(yīng)變速率范圍為10-3s-1～102s-1進(jìn)行單向軸壓縮，利用X射線衍射測(cè)試樣品織構(gòu)演變，以及利用電子被散射衍射（EBSD）技術(shù)，定量表征形變前后樣品的微觀組織及其演變規(guī)律，尤其對(duì)形變過程中產(chǎn)生的孿晶變體進(jìn)行標(biāo)定和定量表征。在 EBSD測(cè)試中觀察到三代孿晶變體，它們分別是：初次孿晶包含{1122}壓縮(C

2、T)和{1012}拉伸(ET)孿晶；二次孿晶包含{1012}拉伸和{1122}壓縮孿晶；以及三次孿晶包含{1122}孿晶。將孿晶坐標(biāo)系中的孿生剪切應(yīng)變旋轉(zhuǎn)至相鄰晶粒晶體坐標(biāo)系內(nèi)，最終得到的協(xié)調(diào)應(yīng)變與傳統(tǒng)Schmid定律結(jié)合，詳細(xì)分析初次、二次和三次孿晶變體的選取規(guī)則。為研究微觀組織與力學(xué)性能的關(guān)系，本論文采用多項(xiàng)式對(duì)流變曲線進(jìn)行擬合。并利用二次偏導(dǎo)方法，確定產(chǎn)生孿生和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶（DRX）的臨界應(yīng)力應(yīng)變值。
　　主要得出以下結(jié)論：<

3、br>　　1.加工硬化速率θ以真實(shí)應(yīng)力σ為函數(shù)關(guān)系的曲線圖，呈現(xiàn)出明顯的三個(gè)階段。對(duì)流變曲線塑性變形段的平滑處理采用多項(xiàng)式擬合，擬合最佳指數(shù)是9，特殊情況可以增加至10。
　　2.流變應(yīng)力曲線斜率的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)曲線二次偏導(dǎo)相反數(shù)的極小值，在該點(diǎn)的微觀組織中發(fā)現(xiàn)大量孿晶，即證明該點(diǎn)是第一個(gè)（孿生）臨界應(yīng)變點(diǎn)。流變曲線二次偏導(dǎo)相反數(shù)的第二個(gè)極小值被鑒定為第二個(gè)臨界點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變量所對(duì)應(yīng)微觀結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)細(xì)小等軸晶粒，證明該點(diǎn)是第二個(gè)（動(dòng)

4、態(tài)再結(jié)晶）臨界應(yīng)變點(diǎn)。應(yīng)變速率為0.01s-1形變條件下的發(fā)生孿生的臨界應(yīng)變?yōu)?0.24，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的臨界應(yīng)變?yōu)?0.67。
　　3.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的形核位置有兩處：初始晶粒晶界周圍和孿晶界附近形核，晶粒呈等軸狀沿初始晶粒晶界周圍和孿晶界分布。高密度位錯(cuò)在初始晶界和孿晶界周圍聚集，隨應(yīng)變量增加，這些位錯(cuò)發(fā)生纏結(jié)。當(dāng)應(yīng)變繼續(xù)增加，位錯(cuò)開始發(fā)生重新排列和交滑移，形成無位錯(cuò)的胞狀亞晶界，晶界發(fā)生遷移和旋轉(zhuǎn)，將亞晶界轉(zhuǎn)換成大角度晶界，即形

5、成再結(jié)晶晶粒晶界。
　　4.孿生和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的產(chǎn)生都使得晶體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，孿生部分的晶體形成的織構(gòu)主要沿TD方向分布；孿晶內(nèi)產(chǎn)生的再結(jié)晶晶粒取向與孿生織構(gòu)相近，初始晶粒附近的再結(jié)晶晶粒呈隨機(jī)分布，兩種再結(jié)晶晶粒的取向都對(duì)基體織構(gòu)都起到了分散和弱化強(qiáng)度的作用。
　　5.實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到三代孿晶系，它們分別為：初次孿晶包含CT和ET、二次孿晶ET和CT和三次孿晶CT，并通過極射投影方法對(duì)所有可能的孿晶變體進(jìn)行精確表征。在計(jì)算孿晶變體的S

6、chmid factor(SF)值時(shí)發(fā)現(xiàn)部分具有低SF孿晶在形變過程中產(chǎn)生。
　　6.二次孿晶按照角軸對(duì)定義可分為A、B、C三類：A-41.3°<1543>,B-48.4°<5503>以及C-87.9°<4730>，其中B類型的變體在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的頻率最多，而A、C兩類的百分比相當(dāng)，低于B類。
　　7.初次孿生選取條件：孿晶在相鄰晶粒內(nèi)要求產(chǎn)生exy和eyx滑移（CRSS最低的柱面滑移）時(shí)，低SF孿晶能在形變過程中形核，因?yàn)樵?/p>

7、條件下做功最小。相反的，exz、eyz和ezx、ezy張量分別對(duì)應(yīng)CRSS較高的基面滑移（前一對(duì)）和錐面滑移（后一對(duì)），開啟的難度大，即使擁有高SF的孿晶若要求啟動(dòng)基面或錐面滑移也會(huì)被抑制產(chǎn)生。
　　8.二次孿生選取條件：高SF孿晶變體在相鄰晶粒內(nèi)要求產(chǎn)生CRSS最高的錐面滑移或?qū)\生時(shí)，將在形變過程中被抑制。低SF孿晶僅有在相鄰晶粒內(nèi)產(chǎn)生柱面或基面滑移時(shí)，該孿晶能在形變過程中形核。
　　9.三次孿生選取條件：所有觀察到的三次

8、孿晶SF值都很高，高SF孿晶變體在相鄰晶粒內(nèi)要求產(chǎn)生 CRSS最高的錐面滑移或?qū)\生時(shí)，在形變過程中被抑制。在相鄰晶粒內(nèi)要求產(chǎn)生柱面滑移或基面滑移的孿晶在形變過程中得以形核。
　　10.具有高SF值的初次孿晶和二次孿晶在形變過程中比低SF值的孿晶更容易長(zhǎng)大，說明孿晶的長(zhǎng)大過程遵從Schmid規(guī)律。
　　11.DRX對(duì)應(yīng)的臨界應(yīng)力隨應(yīng)變速率增加而升高，但是孿生臨界應(yīng)變值幾乎對(duì)應(yīng)變速率不敏感，因?yàn)閷\生的一種非熱激活形變機(jī)制。相反

9、DRX是熱激活機(jī)制，臨界應(yīng)變值隨應(yīng)變速率的降低或溫度的升高而減小。位錯(cuò)密度隨應(yīng)變的增加而增加，為再結(jié)晶提供驅(qū)動(dòng)力。室溫下純鈦單軸壓縮的應(yīng)變速率敏感因子經(jīng)計(jì)算得出m=0.02。
　　12.金屬鈦和鎂各個(gè)滑移系的CRSS存在較大差異。鈦中最易開啟的是柱面滑移 CRSSPr=181MPa，最難開啟的是錐面滑移 CRSSPyr=494MPa，CRSSPr/CRSSPyr=1:2.7。相反鎂中最易開啟的是基面滑移CRSSBas=0.7MPa

10、，最難開啟的是柱面滑移 CRSSPr=40MPa，兩者之比 CRSSBas/CRSSPr=1:57。最易開啟滑移系與最難開啟滑移系比值相差約21倍，因此兩者的孿晶變體選取也有巨大差異：鎂的孿晶選取規(guī)則是：孿晶在相鄰晶粒內(nèi)要求基面滑移，得以形核；孿晶在相鄰晶粒內(nèi)要求柱面滑移，形核被抑制。而鈦的孿晶選取規(guī)則較鎂復(fù)雜：i）初次孿晶在相鄰晶粒內(nèi)啟動(dòng)柱面滑移，低SF孿晶也能夠在基體形核，然而高SF孿晶在相鄰晶粒內(nèi)啟動(dòng)基面或錐面滑移，被抑制；ii）