文档介绍：动态塑性变形条件下纯钛的变形机制
和形变孪晶研究
重庆大学博士学位论文
学生姓名:许峰
指导教师:张喜燕教授
专业:材料科学与工程
学科门类:工学
重庆大学材料科学与工程学院
二 O 一三年五月
Research of Deformation Mechanism and
Deformation Twins of Pure Titanium during
Dynamic Plastic Deformation
A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Doctor’s Degree of Engineering
By
Xu Feng
Supervised by Prof. Xiyan Zhang
Specialty: Material Science and Engineering
College of Material Science and Engineering of Chongqing
University, Chongqing, China
May 2013
中文摘要
摘要
本文以密排六方结构的纯钛为研究对象,进行动态塑性变形(DPD)实验和
准静态压缩(QSC)对比试验,使用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射技
术(EBSD)、 X 射线衍射(XRD)、聚焦离子束(FIB)和透射电子显微镜(TEM)
对变形样品进行表征和分析,研究 DPD 和 QSC 过程纯钛的变形机制,形变孪晶
及其对织构演变的影响。利用 OM 和 SEM 观察了高应变 DPD 样品中出现的绝热
剪切带(ASB)的形貌特征,对 ASB 中的绝热温升、热影响区和动态行为本构方
程进行了研究。用 EBSD、TEM 和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)详细表征了
变形过程中产生的四种形变孪晶,并探讨影响{1124 }孪晶产生的因素。
在 DPD 纯钛样品中共发现有{1012 }、{1121}、{1122 }和{1124 }四种类型形变
孪晶存在,{1124 }孪晶的百分含量很低(约 %)。形变孪生细化了初始晶粒,当
应变增至 时,微结构片层间距降低至临界值(~ μm),孪晶达到饱和。其
织构演变过程可以分为三个阶段:双峰织构转变为圆环状分布;圆环状分布转变
为基面织构;基面织构强化。{1012 }拉伸孪晶在(0002)极图上形成圆环状分布,
{1122 }压缩孪晶则弱化初始双峰织构,两者共同导致了圆环状分布的形成。DPD
纯钛的变形机制为:低应变阶段(ε= ~),孪生占据主导地位,滑移起辅助
作用;中应变-高应变阶段(ε>),转变为位错滑移变形为主。
QSC 纯钛的微结构演变与 DPD 基本相同,差别仅在于孪晶达到饱和时的应变
不同(QSC 为 )。QSC 过程中只产生{1012 }、{1121}和{1122 }三种类型孪晶。
相同的应变 DPD 和 QSC 样品对比发现,高应变速率会激发形变孪晶的形成。QSC
的织构演变与 DPD 相似,也分为三个阶段。准静态压缩变形的变形机制与动态塑
性变形相似,前期以孪生变形为主,孪晶饱和后转变为位错滑移为主。与 DPD 不
同点在于变形机制转变的临界转变点延后(ε= ),说明高应变速率会促进变形
机制的转变。
DPD 纯钛在应变大于等于 时发现 ASB;而 QSC 样品没有出现 ASB。表明
ASB 只有在高应变速率(约 5×102 s-1)和高应变(ε≥)条件下才会形成。ASB
中心细晶粒区和过渡区的宽度都随着应变的增加而增宽,但过渡区宽度的增长幅
度(1220%)远高于中心细晶粒区(%)。通过绝热温升和热影响区的计算确认
了过渡区受绝热温升的影响产生了软化,硬度比基体和中心细晶粒区软。针对动
态本构关系的表述,根据实验结果建立了一个修正的 DPD 纯钛(= 5×102 s-1)的
本构方程:
e
I
重庆大学博士学位论文
在整个变形过程中,DPD 样品产生四种孪晶,而 QSC 样品只产生三种孪晶,
{1124 }孪晶只在 DPD 条件下形成。{1124 }孪晶总是和{1122 }孪晶伴生,它们在同
一个( 0110 )孪晶面上沿着同