钛箔的拉伸力学性能及其组织结构研究
发布时间：2021-07-29 11:27
钛箔在电子和医疗器械等领域有广泛的应用。本论文结合博士后项目,采用室温拉伸、金相显微镜、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等,系统地研究了厚度为5～200μm的完全再结晶的商业纯钛箔的力学性能和微观变形组织,并对钛箔的尺寸效应进行了探讨。主要得到了以下结论:（1）钛箔的力学性能受到了尺寸效应的影响。当厚度在50μm以上时,钛箔的强度几乎没有变化;当厚度从50μm减小到30μm时,钛箔的强度随厚度的减小而下降;而当厚度从30μm减小到5μm时,钛箔的强度随着厚度的减小而增加。整体来说,厚度大于30μm的钛箔的强度高于厚度为30μm以下的钛箔的。此外,钛箔的延伸率总是随着厚度减小而减小。（2）当厚度大于20μm时,钛箔的断裂方式为剪切断裂,断口剪切方向与拉伸方向之间的夹角在50°～60°之间,表面上可以观察到大量的韧窝。当厚度小于20μm时,钛箔样品的断口与拉伸方向夹角接近90°,表现为正断断口,断口表面未发现韧窝组织,但可以观察到撕裂棱和滑移痕迹。可见,钛箔的断裂方式由塑性断裂转变为脆性断裂。（3）根据不同厚度钛箔的拉伸实验数据,基于Hall-Petch关系和表...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)镍箔单向拉伸应力应变曲线
寸在 0.1μm~50μm 之间的金属多晶材料和厚度方向上仅有 1 个晶粒的金属材料，材料的抗拉强度和抗弯强度一般随着材料外观特征尺寸的减小而增大，即表现出“越小越强”的现象。目前对于金属材料微成形中出现的尺寸效应的研究，国际上主要有两种比较认同的理论：一个是表面层模型，另一个是应变梯度塑性理论。Geiger 等人[47,48]首次提出了表面层模型理论,该模型能够有效地分析试件所呈现出的“越小越弱”的尺寸效应现象。Geiger 等人对铝、紫铜和黄铜等材料分别进行拉伸实验，研究了拉伸变形过程中材料所展现的尺寸效应，并且探讨了这种尺寸效应对材料的应力应变关系的影响。研究结果发现，材料的流变应力和延伸率随着试样尺寸的减小而减小。Kals 等人[22,23]提出了如图 1.2 所示的表面层模型对这种现象进行了理论解释。一方面当试样晶粒尺寸保持一定而外观特征尺寸减小时，试样表面层晶粒数目与试样内部晶粒数目之比增大；另一方面试样表面层晶粒所受的约束力要远远小于试样内部晶粒所受的约束力，并且位错在试样表面不容易发生塞积，导致材料的加工硬化能力降低。正是由于这两方面的影响，使得材料的总流动应力降低。
图 1.3 纯钛（ -Ti）的密排六方结构Close-packed hexagonal structure of pure 以下具有 hcp 结构，这种 hcp 结构较复杂。滑移是纯钛在塑性变形变形机制，位错发生滑移时，总是保持温度和晶体取向不变时，滑移否，而滑移面则决定着开动的滑移钛的滑移面和滑移方向。表 1.1 密排六方结构钛的滑移系[611 Sliding systems of close-packed hexag滑移方向 滑移面
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物医用钛合金材料发展现状及趋势[J]. 任军帅,张英明,谭江,隋永哲,王娟,张小荣. 材料导报. 2016(S2)
[2]钛及钛合金在国外舰船上的应用[J]. 钱江,王怡,李瑶. 舰船科学技术. 2016(11)
[3]钛合金的组织、性能及加工技术研究进展[J]. 程巨强,史超. 热加工工艺. 2016(02)
[4]低温钛合金的研究进展[J]. 黄朝文,葛鹏,赵永庆,辛社伟,周伟,李倩,曾卫东. 稀有金属材料与工程. 2016(01)
[5]钛及钛合金在航天工业的应用及展望[J]. 邹武装. 中国有色金属. 2016(01)
[6]基于尺寸效应的镁合金箔材本构关系的研究[J]. 赵宾,王刚,李萍. 精密成形工程. 2014(04)
[7]钛合金性能及其加工现状的研究[J]. 陈曌红. 机电技术. 2013(05)
[8]钛及钛合金特性及其在口腔正畸临床中的应用[J]. 施健巍,王珺璆,常新. 中国实用口腔科杂志. 2013(07)
[9]微成形中尺寸效应研究的进展[J]. 董湘怀,王倩,章海明,彭芳,郭斌,单德彬. 中国科学:技术科学. 2013(02)
[10]304不锈钢薄板微塑性成形尺寸效应的研究[J]. 孟庆当,李河宗,董湘怀,彭芳,王倩. 中国机械工程. 2013(02)
博士论文
[1]微塑性成形机理及精密微塑性体积成形装置研究[D]. 王春举.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]微型圆柱件镦粗变形规律数值模拟研究[D]. 常妍妍.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3309237
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)镍箔单向拉伸应力应变曲线
寸在 0.1μm~50μm 之间的金属多晶材料和厚度方向上仅有 1 个晶粒的金属材料，材料的抗拉强度和抗弯强度一般随着材料外观特征尺寸的减小而增大，即表现出“越小越强”的现象。目前对于金属材料微成形中出现的尺寸效应的研究，国际上主要有两种比较认同的理论：一个是表面层模型，另一个是应变梯度塑性理论。Geiger 等人[47,48]首次提出了表面层模型理论,该模型能够有效地分析试件所呈现出的“越小越弱”的尺寸效应现象。Geiger 等人对铝、紫铜和黄铜等材料分别进行拉伸实验，研究了拉伸变形过程中材料所展现的尺寸效应，并且探讨了这种尺寸效应对材料的应力应变关系的影响。研究结果发现，材料的流变应力和延伸率随着试样尺寸的减小而减小。Kals 等人[22,23]提出了如图 1.2 所示的表面层模型对这种现象进行了理论解释。一方面当试样晶粒尺寸保持一定而外观特征尺寸减小时，试样表面层晶粒数目与试样内部晶粒数目之比增大；另一方面试样表面层晶粒所受的约束力要远远小于试样内部晶粒所受的约束力，并且位错在试样表面不容易发生塞积，导致材料的加工硬化能力降低。正是由于这两方面的影响，使得材料的总流动应力降低。
图 1.3 纯钛（ -Ti）的密排六方结构Close-packed hexagonal structure of pure 以下具有 hcp 结构，这种 hcp 结构较复杂。滑移是纯钛在塑性变形变形机制，位错发生滑移时，总是保持温度和晶体取向不变时，滑移否，而滑移面则决定着开动的滑移钛的滑移面和滑移方向。表 1.1 密排六方结构钛的滑移系[611 Sliding systems of close-packed hexag滑移方向 滑移面
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物医用钛合金材料发展现状及趋势[J]. 任军帅,张英明,谭江,隋永哲,王娟,张小荣. 材料导报. 2016(S2)
[2]钛及钛合金在国外舰船上的应用[J]. 钱江,王怡,李瑶. 舰船科学技术. 2016(11)
[3]钛合金的组织、性能及加工技术研究进展[J]. 程巨强,史超. 热加工工艺. 2016(02)
[4]低温钛合金的研究进展[J]. 黄朝文,葛鹏,赵永庆,辛社伟,周伟,李倩,曾卫东. 稀有金属材料与工程. 2016(01)
[5]钛及钛合金在航天工业的应用及展望[J]. 邹武装. 中国有色金属. 2016(01)
[6]基于尺寸效应的镁合金箔材本构关系的研究[J]. 赵宾,王刚,李萍. 精密成形工程. 2014(04)
[7]钛合金性能及其加工现状的研究[J]. 陈曌红. 机电技术. 2013(05)
[8]钛及钛合金特性及其在口腔正畸临床中的应用[J]. 施健巍,王珺璆,常新. 中国实用口腔科杂志. 2013(07)
[9]微成形中尺寸效应研究的进展[J]. 董湘怀,王倩,章海明,彭芳,郭斌,单德彬. 中国科学:技术科学. 2013(02)
[10]304不锈钢薄板微塑性成形尺寸效应的研究[J]. 孟庆当,李河宗,董湘怀,彭芳,王倩. 中国机械工程. 2013(02)
博士论文
[1]微塑性成形机理及精密微塑性体积成形装置研究[D]. 王春举.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]微型圆柱件镦粗变形规律数值模拟研究[D]. 常妍妍.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3309237
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