基于深低温变形制备高强塑纯钛过程中的形变孪生机理研究
发布时间：2021-09-06 09:54
钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好等优点,被广泛应用于航空、航天、化工等领域。变形加工是钛合金部件的主要成型工艺。作为密排六方结构金属重要的塑性变形机制,形变孪生能够在提高钛强度的同时不损失塑性,因而在钛板中引入高密度孪晶是提高其力学性能的重要思路。不同类型孪生及变体对钛的微观组织与力学性能影响各异,阐明变形过程中孪生择优规律及孪晶与其他界面间的相互作用,是实现对变形组织和织构的预测和调控的基础,对设计和开发高性能板材有着重要的理论意义和现实意义。TA2工业纯钛是应用最为广泛的α型变形钛合金之一,本文以TA2工业纯钛为研究对象,通过深低温轧制和调控初始织构对钛板进行预变形处理,在板中引入不同类型及含量的孪晶,改善板材的性能。在此基础上,利用电子背散射衍射技术（EBSD）着重研究了力学性能最优、孪晶含量最丰富的深低温轧制A板（初始织构ND//c轴）,系统阐述了深低温轧制变形过程中钛的变形机制和孪生行为:利用广义Schmid定律研究了深低温轧制A板中占主导地位的{1122}和{1124}孪晶的变体择优规律,研究了 {1122}和{1124}孪晶在晶粒内的应变协调以及相关的次序孪晶现象,阐述...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?２０１８年中国各应用领域钛加工材使用量所占比例Ｗ??
?基于深低温变形制备高强塑纯钛过程中的形变孪生机理研宄???重点，重点突破材料性能及成分控制、生产加工及应用等工艺技术。??２０．???＾１８??＾１６?！？７??｜１４?＃??Ｓ１２??苎?１０?７７７??Ｓ?８?＃??＜ｉ?６?＿??ｆ?４?７４７??怒?２?７０７７２７?％??〇??？?Ｚ３１???１９５０?１９６０?１９７０?１９８０?１９９０?２０００?２０１０?２０２０??服役年份??图１－２波音公司客机中钛合金用量变化Ｗ。??长期以来，材料研究者为进一步提高钛的力学性能进行了大量研究。材??料的力学性能度与其微观组织结构密切相关。剧烈塑性变形（Ｓｅｖｅｒｅ?Ｐｌａｓｔｉｃ??Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，?ＳＰＤ）在较粗晶粒的金属材料中引入较大的塑性应变从而细化晶??粒，是一种经典的金属变形强化手段［１１，１２１。常见的ＳＰＤ方法有等通道转角挤??压（Ｅｑｕａｌ?Ｃｈａｎｎｅｌ?Ａｎｇｕｌａｒ?Ｐｒｅｓｓｉｎｇ，ＥＣＡＰ）?［１３－１９］、高压扭转（Ｈｉｇｈ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ??Ｔｏｒｓｉｏｎ，?ＨＣＴ）?［２（）－２３］、累积叠乳（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ?Ｒｏｌｌ?Ｂｏｎｄｉｎｇ，ＡＲＢ）?［２４－２７］等。??ＳＰＤ方法制备的超细晶（Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ－ｇｒａｉｎｅｄ，ＵＦＧ）钛具有较高的强度，微观??组织分析表明这与形变孪晶的形成密切相关［１６，１８，１９，２３］。但是从工业生产的角??度来看，这些方法往往工艺复杂，很难制备大尺寸的材料。由此衍生出的深??低温乳制工艺［２８，２９片目对简单，对板材没有特殊的尺寸要求，适用于制备大型??板材，己经在立方结构（如铜
?基于深低温变形制备高强塑纯钛过程中的形变孪生机理研宄???２文献综述??２．１钛的晶体结构??钛在自然界中只以化合物形式存在，最主要的矿产资源是钛铁矿（ＦｅＴｉＣｂ）??和金红石（ＴｉＣｈ）。纯钛是银白色金属，原子序数为２２，熔点１６６０°Ｃ，沸点??３２８７°Ｃ。纯钛有两种同素异构体［４２］。室温下以密排六方点阵结构存在，称为??ａ相，其晶体结构如图２－ｌａ所示，室温下点阵常数为ａ?＝?０．２９５０ｎｍ，?ｃ?＝??０．４６８３ｎｍ，轴比ｃ／ａ?＝?１．５８７５，小于密排六方结构理想轴比１．６３３；?ａ钛具有??三种密排面：基面｛０００１｝、棱柱面｛１〇１〇｝及棱锥面｛ｌ〇Ｉｌ｝，ａｉ、ａ２、ａ３轴为密??排方向＜１１２〇＞。纯钛在８８２．５°Ｃ时发生同素异构转变，由低温下的ａ相转变??为高温下的Ｐ相（体心立方结构）。Ｐ钛的晶体结构如图２－ｌｂ所示，密排面??为（１１０），密＾＾方向为＜１１１＞，９００°Ｃ时其点阵常数ａ?＝?０．３３２ｎｍ。??（ａ）?ｊ?（ｂ）?Ｊ??：蠢??／?〇３３２＾??０．２９５ｎｍ?＼??ａ－Ｔｉ?Ｐ－Ｔｉ??图２－１钛的晶体结构叫??室温下，钛合金有三种基体组织，以此分为ａ合金、（３合金和（ａ＋Ｐ）合??金，我国分别以ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ表示。根据杂质含量，ａ钛分为高纯钛（纯度??达９９．９９％）和工业纯钛（纯度达９９．５％）。与工业纯钛相比，高纯钛强度较??低、塑性好，价格比较高。工业纯钛（Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｌｙ?Ｐｕｒｅ?Ｔｉｔａｎｉｕｍ，?ＣＰ－Ｔｉ）中所??含杂质有Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆｅ、Ｓｉ等，实质上是一种低合金含量的钛合金，相对于??高纯钛，其含有较多的杂质元素使
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年中国钛工业发展报告[J]. 贾翃,逯福生,郝斌. 钛工业进展. 2019(03)
[2]高纯钛压缩孪生行为研究[J]. 任毅,张喜燕,孙奇,刘庆. 稀有金属材料与工程. 2018(07)
[3]钛合金在民用飞机上的应用及发展趋势[J]. 吕冬兰. 世界有色金属. 2018(05)
[4]Hall-Petch relationship in Mg alloys: A review[J]. Huihui Yu,Yunchang Xin,Maoyin Wang,Qing Liu. Journal of Materials Science & Technology. 2018(02)
[5]Effect of cryogenic rolling and annealing on the microstructure evolution and mechanical properties of 304 stainless steel[J]. Jin-tao Shi,Long-gang Hou,Jin-rong Zuo,Lin-zhong Zhuang,Ji-shan Zhang. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(06)
[6]2016年中国钛工业发展报告[J]. 贾翃,逯福生,郝斌. 钛工业进展. 2017(02)
[7]深冷和时效处理对Ti-6Al-4V合金低能冲击行为的影响（英文）[J]. N.YUMAK,K.ASLANTAS,Y.PEKBEY. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(03)
[8]强织构AZ31镁合金板材深低温轧制过程中微观组织演变及力学性能控制研究[J]. 闫亚琼,罗晋如,张济山,庄林忠. 金属学报. 2017(01)
[9]Microstructure and mechanical properties of cryorolled AZ31 magnesium alloy sheets with different initial textures[J]. Jin-ru Luo,Ya-qiong Yan,Ji-shan Zhang,Lin-zhong Zhuang. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2016(07)
[10]钢铁材料深冷处理技术研究和应用进展[J]. 吴红艳,艾峥嵘,刘相华. 材料热处理学报. 2013(12)
博士论文
[1]AZ31镁合金板轧制过程中显微组织与织构控制的研究[D]. 罗晋如.清华大学 2012
[2]钛、锆、TiAl金属间化合物中的孪生行为[D]. 宋西平.西安交通大学 1999
本文编号：3387239
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?２０１８年中国各应用领域钛加工材使用量所占比例Ｗ??
?基于深低温变形制备高强塑纯钛过程中的形变孪生机理研宄???重点，重点突破材料性能及成分控制、生产加工及应用等工艺技术。??２０．???＾１８??＾１６?！？７??｜１４?＃??Ｓ１２??苎?１０?７７７??Ｓ?８?＃??＜ｉ?６?＿??ｆ?４?７４７??怒?２?７０７７２７?％??〇??？?Ｚ３１???１９５０?１９６０?１９７０?１９８０?１９９０?２０００?２０１０?２０２０??服役年份??图１－２波音公司客机中钛合金用量变化Ｗ。??长期以来，材料研究者为进一步提高钛的力学性能进行了大量研究。材??料的力学性能度与其微观组织结构密切相关。剧烈塑性变形（Ｓｅｖｅｒｅ?Ｐｌａｓｔｉｃ??Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，?ＳＰＤ）在较粗晶粒的金属材料中引入较大的塑性应变从而细化晶??粒，是一种经典的金属变形强化手段［１１，１２１。常见的ＳＰＤ方法有等通道转角挤??压（Ｅｑｕａｌ?Ｃｈａｎｎｅｌ?Ａｎｇｕｌａｒ?Ｐｒｅｓｓｉｎｇ，ＥＣＡＰ）?［１３－１９］、高压扭转（Ｈｉｇｈ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ??Ｔｏｒｓｉｏｎ，?ＨＣＴ）?［２（）－２３］、累积叠乳（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ?Ｒｏｌｌ?Ｂｏｎｄｉｎｇ，ＡＲＢ）?［２４－２７］等。??ＳＰＤ方法制备的超细晶（Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ－ｇｒａｉｎｅｄ，ＵＦＧ）钛具有较高的强度，微观??组织分析表明这与形变孪晶的形成密切相关［１６，１８，１９，２３］。但是从工业生产的角??度来看，这些方法往往工艺复杂，很难制备大尺寸的材料。由此衍生出的深??低温乳制工艺［２８，２９片目对简单，对板材没有特殊的尺寸要求，适用于制备大型??板材，己经在立方结构（如铜
?基于深低温变形制备高强塑纯钛过程中的形变孪生机理研宄???２文献综述??２．１钛的晶体结构??钛在自然界中只以化合物形式存在，最主要的矿产资源是钛铁矿（ＦｅＴｉＣｂ）??和金红石（ＴｉＣｈ）。纯钛是银白色金属，原子序数为２２，熔点１６６０°Ｃ，沸点??３２８７°Ｃ。纯钛有两种同素异构体［４２］。室温下以密排六方点阵结构存在，称为??ａ相，其晶体结构如图２－ｌａ所示，室温下点阵常数为ａ?＝?０．２９５０ｎｍ，?ｃ?＝??０．４６８３ｎｍ，轴比ｃ／ａ?＝?１．５８７５，小于密排六方结构理想轴比１．６３３；?ａ钛具有??三种密排面：基面｛０００１｝、棱柱面｛１〇１〇｝及棱锥面｛ｌ〇Ｉｌ｝，ａｉ、ａ２、ａ３轴为密??排方向＜１１２〇＞。纯钛在８８２．５°Ｃ时发生同素异构转变，由低温下的ａ相转变??为高温下的Ｐ相（体心立方结构）。Ｐ钛的晶体结构如图２－ｌｂ所示，密排面??为（１１０），密＾＾方向为＜１１１＞，９００°Ｃ时其点阵常数ａ?＝?０．３３２ｎｍ。??（ａ）?ｊ?（ｂ）?Ｊ??：蠢??／?〇３３２＾??０．２９５ｎｍ?＼??ａ－Ｔｉ?Ｐ－Ｔｉ??图２－１钛的晶体结构叫??室温下，钛合金有三种基体组织，以此分为ａ合金、（３合金和（ａ＋Ｐ）合??金，我国分别以ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ表示。根据杂质含量，ａ钛分为高纯钛（纯度??达９９．９９％）和工业纯钛（纯度达９９．５％）。与工业纯钛相比，高纯钛强度较??低、塑性好，价格比较高。工业纯钛（Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｌｙ?Ｐｕｒｅ?Ｔｉｔａｎｉｕｍ，?ＣＰ－Ｔｉ）中所??含杂质有Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆｅ、Ｓｉ等，实质上是一种低合金含量的钛合金，相对于??高纯钛，其含有较多的杂质元素使
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年中国钛工业发展报告[J]. 贾翃,逯福生,郝斌. 钛工业进展. 2019(03)
[2]高纯钛压缩孪生行为研究[J]. 任毅,张喜燕,孙奇,刘庆. 稀有金属材料与工程. 2018(07)
[3]钛合金在民用飞机上的应用及发展趋势[J]. 吕冬兰. 世界有色金属. 2018(05)
[4]Hall-Petch relationship in Mg alloys: A review[J]. Huihui Yu,Yunchang Xin,Maoyin Wang,Qing Liu. Journal of Materials Science & Technology. 2018(02)
[5]Effect of cryogenic rolling and annealing on the microstructure evolution and mechanical properties of 304 stainless steel[J]. Jin-tao Shi,Long-gang Hou,Jin-rong Zuo,Lin-zhong Zhuang,Ji-shan Zhang. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(06)
[6]2016年中国钛工业发展报告[J]. 贾翃,逯福生,郝斌. 钛工业进展. 2017(02)
[7]深冷和时效处理对Ti-6Al-4V合金低能冲击行为的影响（英文）[J]. N.YUMAK,K.ASLANTAS,Y.PEKBEY. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(03)
[8]强织构AZ31镁合金板材深低温轧制过程中微观组织演变及力学性能控制研究[J]. 闫亚琼,罗晋如,张济山,庄林忠. 金属学报. 2017(01)
[9]Microstructure and mechanical properties of cryorolled AZ31 magnesium alloy sheets with different initial textures[J]. Jin-ru Luo,Ya-qiong Yan,Ji-shan Zhang,Lin-zhong Zhuang. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2016(07)
[10]钢铁材料深冷处理技术研究和应用进展[J]. 吴红艳,艾峥嵘,刘相华. 材料热处理学报. 2013(12)
博士论文
[1]AZ31镁合金板轧制过程中显微组织与织构控制的研究[D]. 罗晋如.清华大学 2012
[2]钛、锆、TiAl金属间化合物中的孪生行为[D]. 宋西平.西安交通大学 1999
本文编号：3387239
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