钛及钛合金具有众多优异特征,例如比强度高、耐侵蚀性强、耐低温性、无磁性等,在海洋工程、航天工程、化学工程、生物工程等众多领域都获得普遍的应用[１－３]。。。。。TA1纯钛具有优异的成形性能,但其晶体结构为密排六方,导致其变形机制较其他立方结构质料重大,当塑性变形历程中的滑移未能开动时,则需要孪生举行协调变形[４－５]。。。。。孪生在变形历程中会影响晶体取向,并且孪晶界通过切割晶粒的方法爆发细晶强化作用,以此对其力学性能作出影响[６]。。。。。

现在,海内外学者对TA1纯钛力学行为作出了较多的研究,苏娟华等人[７]研究了工业纯钛高温拉伸性能及断口形貌,效果批注:工业纯钛的强度随着拉伸温度升高而降低,塑性泛起与之相反趋势。。。。。梁远长等人[８]研究了工业纯钛TA２拉伸及低周疲劳性能的各向异性,研究发明:纯钛的屈服强度与屈强比随着取样角度(与RD偏向的夹角)增添而增大。。。。。朱岩等人[９]研究了变形温度对TA1工业纯钛板拉压差池称性的影响,研究批注:增添变形温度会镌汰孪晶数目,变形温度会影响纯钛的拉压差池称性,同时还对纯钛中孪生征象有一定影响。。。。。

现在,对纯钛的拉伸性能研究均为改变外界因素(如拉伸速率、拉伸温度)为主,以及对拉伸效果举行剖析,而对整个拉伸历程中的组织与性能研究较少,故本文选取TA1纯钛钛板,在室温条件下,将拉伸历程举行剖析研究,进一步研究其拉伸历程中组织与性能的转变,为该合金的生产应用作出一定参考。。。。。

1、试验装备与要领

本试验质料为经轧制退火后的TA1纯钛钛板,退火制度为700℃×1h/AC,质料由新疆湘润新质料科技有限公司提供,TA1纯钛钛板详细化学因素如表１所示。。。。。试验用拉伸试样选取板材RD偏向(板材轧制偏向),试验拉伸速率划分为0.3mm/min。。。。。使用光学显微镜(型号为OLYMPUS)视察显微组织并照相,EBSD检测和拉伸断口微观形貌使用蔡司SUPRA５５场发射扫描电镜,XRD物相剖析使用EmpyreanXＧ射线衍射仪,使用INSTRONＧ5580万能试验机举行拉伸性能测试,使用Hanemann维氏硬度计对试样举行硬度测定。。。。。

2、试验效果与讨论

2.1原始组织

图１为经轧制退火后TA1纯钛原始组织,由图１可得,该金相组织由等轴α相(位置A)以及少量晶间β相(位置B)组成,原始组织已形成较完全再结晶晶粒且组织完整,并有少量混晶泛起,其取向为随机漫衍取向。。。。。进一步对其要害取向举行剖析,＜0001＞//ND取向占比为33.7％,＜10－12＞//ND取向占比为21.3％。。。。。由EBSD相判别效果可知,钛板主要由密排六方结构的α钛(占比99.2％)和体心立方结构的β钛(占比0.8％)组成。。。。。β钛主要漫衍在晶粒内部,高温β钛与低温α钛保存相互转变的Burger关系(六方取向与立方取向的平行关系)[１０]。。。。。

钛板举行轧制时,组织中的滑移系分两种[11]:一种为a系滑移＜11－20＞,此滑移面是{10－10}和{0001};另外一种为a＋c滑移,其滑移偏向为＜11－23＞,滑移面是{11－22}和{10－11}。。。。。当密排六方晶系举行变形时,此时无论a滑移或a＋c滑移,滑移一样平常在基平面上爆发,且皆难以抵达六方晶系变形所需的条件,导致该晶系在变形时有孪生气制保存,别的,钛板在轧制时,在张力作用下,晶；；；；；谱蟮娜∠蛭猍11－20],而孪晶会让取向偏向[0001],故钛板形成的变形织构是经由(0001)的滑移以及(10－12)的孪晶所形成。。。。。

2.2组织剖析

图２a为TA1纯钛试样拉伸历程曲线图,现将整个拉伸历程举行剖析为１０点,每次试样从起始位置举行拉伸,到设定位置阻止拉伸,取下拉伸试样(拉伸试样如图２b所示)。。。。。由图２b可知,拉伸试样的长度在位置１到位置６并无显着转变,从位置７最先泛起显着延伸,团结图２a剖析可得,位置７为拉伸历程中强化竣事颈缩最先位置。。。。。

图３为拉伸历程中差别位置的金相图,由图３可知,拉伸试样位于前３个位置时,金相组织并无显着转变,以等轴α相和少量晶间β相组成,由位置４最先,金相组织中泛起少量孪晶(位置c),随着拉伸的举行,金相组织中孪晶数目一直增添,同时组织中等轴α相的晶粒尺寸减小。。。。。这是由于随着拉伸的举行,板材塑性变形量一直增添,组织中的晶粒爆发碎化,等轴晶粒因外力作用而变形并被破损,晶粒沿拉伸偏向被拉长,同时组织中应变量也增添。。。。。随着拉伸形变继续增添,组织中最先有孪晶泛起,首先是变形组织中局部爆发孪生,随着变形水平增大,孪晶数目一直增多且密度同时增大。。。。。孪晶是当母体晶粒受到笔直于c轴的压缩或者平行于c轴的拉伸作用力时,会沿着(10－12)晶面爆发切变,即晶；；；；；崛芻轴的＜10－10＞偏向举行85°旋转所形成的新取向晶粒。。。。。

组织中孪晶数目除对板材力学性能有影响外,对组织中晶粒的巨细也起到一定影响,其主要体现为细化晶粒。。。。。当组织中孪晶数目抵达一定命值后,最最先泛起的初始孪晶晶内会天生二次孪晶,以致三次孪晶。。。。。随着组织中孪晶数目一直增多,孪晶与晶界、孪晶与孪晶之间的爆发的交割作用也一直举行,导致孪晶尺寸减小,对原始晶粒起到细化作用。。。。。

2.3力学剖析

图４为拉伸历程中差别位置的力学性能值,由图４可知,随着拉伸的举行,应力值逐渐升高,从位置5最先,其应力值升高显着,到位置７后,应力值趋于稳固,最大值为361MPa。。。。。拉伸试样的伸长率前期转变不显着,在位置７最先数值大幅度增添,与宏观拉伸试样(图２b)中征象一致,其最大值为39％。。。。。

团结图３,拉伸试样在拉伸历程中组织最显着的转变是孪晶的泛起,在拉伸前期,组织中并无孪晶爆发,此时组织中晶粒的变形和取向对板材的力学性能影响较大,在举行拉伸时,随着变形量的一直增大,由于组织中爆发的滑移有限,晶体所爆发转动变形抗力较大,强化作用增强,同时,板材在塑性变形时,组织中的晶粒爆发不匀称扭转形变,晶粒形成的位错会在晶界处有位错塞积爆发,形成钉扎征象,从而增强强度[12]。。。。。

随着拉伸举行,组织中有孪晶泛起,孪晶的形成通常和滑移是细密相关的,是滑移深入举行而形成的,因此钛板材的变形水平会制约孪晶对流动应力的作用。。。。。当滑移在晶界处形成位错塞积阻时,由于纯钛的晶体结构为密排六方,当孪生形成的临界分切应力低于滑移形成的临界分切应力,此时的晶；；；；；嵊星斜渎暇纬刹⒂行挛淮硐咛焐醇绦够瓶,继续和孪晶界贮存位错塞积[13],当拉伸继续举行,组织中的位错塞积、孪晶以及滑移开动会一直形成,组织中孪晶数目增添,形成孪晶界强化[14]。。。。。与此同时,拉伸会增添组织中晶粒扭转、旋转以及变形水平,形成的孪晶会使能量降低,在拉伸的历程中,孪晶内部形成的位错对集中应力所导致的软化作用会有缓解效果[15]。。。。。晶粒中爆发孪晶数目的增添会确保塑性变形的举行,而组织中单个孪晶起到作用有也所改变,由滑移线的增多到滑移的举行,最后到位错塞积的贮存,这也是软化效果转变为硬化效果的过渡。。。。。

图５为拉伸历程种差别位置的维氏硬度值,由图５可得,随着拉伸试样变形量增大,试样硬度值泛起出逐渐增大趋势,硬度最大值为１７６HV。。。。。这是由于前期拉伸试样的变形量较小,内部流动应力转变很小,未进入加工硬化阶段,随着塑性变形的增添,最先形成加工硬化效果,使得硬度值最先上升,随着形变继续增大,位错密度一直增添,加工硬化效果增大,组织中的晶格畸变增大,爆发更多的晶格畸变能。。。。。同时组织内会形成一定命目的孪晶界面,其强化的方法与晶界相类似,对位错运动起到阻碍作用,在拉伸一直举行历程中,越来越多的位错塞积到孪晶界面上,孪晶界面形成的应力集中一直增大。。。。。孪晶起到的强化作用和细晶强化的原理相近,皆是通过增添的晶界数目对位错滑移起到阻碍作用,组织中晶粒越细小,则晶粒数目越多,增大晶界总面积以及位错障碍,当举行变形时,变形量会疏散到众多的小晶粒中,变形要协调更多位向差别的晶粒,从而增增强度。。。。。

3、结论

(１)原始金相组织由等轴α相以及少量晶间β相组成,并有少量混晶,晶粒取向为随机漫衍,其中＜0001＞//ND取向占比为33.7％,＜10－12＞//ND取向占比为21.3％。。。。。

(２)拉伸历程中前期金相组织并无显着转变,以等轴α相和少量晶间β相组成,随着拉伸的举行,金相组织中孪晶数目一直增添,同时组织中等轴α相的晶粒尺寸减小。。。。。

(３)随着拉伸的举行,应力值逐渐升高,最后应力值趋于稳固,最大值为361MPa。。。。。拉伸试样的伸长率前期转变不显着,随后大幅度增添,直到试样断裂。。。。。

(４)随着拉伸试样变形量增大,试样硬度值泛起出逐渐增大趋势,硬度最大值为176HV。。。。。

参考文献:

[1]　沈楚,冯庆,王思琦,等．退火温度对旋压工业纯钛TA1组织演变与力学性能的影响[J]．质料导报,2021,35(S2):452－455．

[2]　张家铭,余伟,史佳新,等．工业纯钛TA1薄带制备工艺对织构与性能的影响[J]．有数金属,2021,45(8):905－913．

[3]　冉兴,王哲,李海宾,等．固溶温度对Ti6Al4VELI钛合金显微组织及性能的影响[J]．钢铁钒钛,2021,42(6):66－71．

[4]　CHENFK,CHIUKH．Stampingformabilityofpuretitaniumsheets[J]．JournalofMaterialsProcessingTech,2005,170(1－2):181－186．

[5]　CHUNXU,ZHUWF．Transformationmechanismandmechanicalpropertiesofcommerciallypuretitanium[J]．TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina,2010,20(11):2162－2167．

[6]　STANFORDN,CARLSONU,BARNETTMR．DeＧformationTwinningandtheHall–PetchRelationinCommercialPurityTi[J]．Metallurgical&MaterialsTransactionsA,2008,39(4):934－944．

[7]　苏娟华,周铁柱,任凤章,等．工业纯钛高温拉伸性能及断口形貌[J]．中国有色金属学报,2015,25(6):1471－1479．

[8]　梁远长,常乐,周昌玉．工业纯钛TA2拉伸及低周疲劳性能的各向异性[J]．钢铁钒钛,2022,43(2):41－47．

[9]　朱岩,郝永刚,林鹏,等．变形温度对TA1工业纯钛板拉压差池称性的影响[J]．塑性工程学报,2020,27(3):102－108．

[10]贾志强,曾卫东,王凯旋．TC17钛合金热变形历程中片状组织球化演变及Burgers关系的破损[J]．有数金属质料与工程,2017,46(10):2895－2899．

[11]秦洪．多晶纯钛室温下差别应变速率塑性变形的孪生形变机制研究[D]．重庆:重庆大学,2014．

[12]HUANGY,GAOH,NIXWD,etal．MechanismＧBasedStrainGradientPlasticity–II．Analysis[J]．JournaloftheMechanicsandPhysicsofSolids,2000,48:99－128．

[13]ZHUSQ,RINGERSP．OntheRoleofTwinningandStackingFaultsontheCrystalPlasticityandGrainReＧfinementinMagnesiumAlloys[J]．ActaMaterialia,2017,144:367－375．

[14]HUANGZW,YONGPL,ZHOUH,etal．GrainsizeEffectonDeformationMechanismsandMechanicalPropertiesofTitanium[J]．MaterialsScienceandEngiＧneering:A,2019:138721－138731．

[15]WANGS,SCHUMANC,BAOL,etal．VariantSeＧlectionCriterionforTwinVariantsinTitaniumAlloysDeformedbyRolling[J]．ActaMaterialia,2012,60(9):3912－3919．

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