發(fā)布時間：2018-08-31 14:12

【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)逐漸向輕量化和微型化發(fā)展,微成型、超精密機械加工等微細(xì)加工技術(shù)不斷進(jìn)步,使微小尺寸材料應(yīng)用更加廣泛。然而,在微小尺寸的金屬材料中存在著一種尺寸效應(yīng)現(xiàn)象,即其性能會受樣品尺寸或晶粒尺寸的影響,使微小尺寸金屬材料呈現(xiàn)出與常用尺寸金屬材料不同的性能特點。本文以工業(yè)純鈦TA2為材料,通過退火熱處理的方法,將厚度分別為50μm、100μm、200μm和800μm的純鈦薄板的晶粒尺寸、晶體取向和位錯組態(tài)調(diào)控到基本一致。采用常規(guī)拉伸試驗,測試了不同厚度退火態(tài)純鈦的拉伸性能,發(fā)現(xiàn)在本文所選用的幾個厚度尺寸下,隨著樣品厚度的減小,其強度和延伸率均呈下降趨勢。運用基于OM-DIC的原位拉伸技術(shù)對不同厚度純鈦的拉伸變形行為進(jìn)行研究,宏觀上,建立了不同厚度的純鈦在不同工程應(yīng)變量下對應(yīng)的應(yīng)變分布規(guī)律:隨著厚度的減小,產(chǎn)生應(yīng)變局域化現(xiàn)象所對應(yīng)的工程應(yīng)變量減小,應(yīng)變分布均勻性下降。產(chǎn)生應(yīng)變局域化現(xiàn)象所對應(yīng)的工程應(yīng)變量越小,即材料的均勻延伸率越小。應(yīng)變分布的均勻性越差,表明材料整體參與塑性變形的能力越差�？v向應(yīng)變的分布情況與頸縮程度的大小一致,剪切應(yīng)變的分布情況與材料斷裂路徑一致。運用基于SEM-DIC原位拉伸技術(shù)對不同厚度純鈦的拉伸變形行為進(jìn)行研究,微觀上,由不同厚度的純鈦在不同工程應(yīng)變量下對應(yīng)的晶粒應(yīng)變分布情況,反應(yīng)出不同厚度純鈦的晶粒變形規(guī)律:相同工程應(yīng)變量下,隨著厚度的減小,呈壓應(yīng)變分布的晶粒占比減少,即未參與變形晶粒占比減少,各晶粒的應(yīng)變分布差異增大,即晶粒間的變形程度差異增大。表明厚度越小的純鈦,微觀變形的協(xié)調(diào)性一致性越差。通過透射微觀組織觀察并結(jié)合宏觀、微觀變形規(guī)律,揭示了厚度尺寸對純鈦的拉伸性能產(chǎn)生影響的根本原因在于厚度方向的晶粒情況。其中,塑性方面,厚度小的純鈦,其厚度方向的晶粒數(shù)少,開始塑性變形的晶粒起的作用就相對較大,且晶粒數(shù)少限制了晶粒間的協(xié)調(diào)變形,使得各晶粒的變形程度差異大,進(jìn)而宏觀上的應(yīng)變分布不均勻,更容易產(chǎn)生應(yīng)變集中,此外,厚度減小到50μm時,孿生系統(tǒng)啟動產(chǎn)生了孿晶,誘導(dǎo)應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)一步集中,因此厚度越小塑性越差;強度方面,厚度小的純鈦,其晶粒數(shù)少,晶粒的承載能力弱,且表面層晶粒占比大,位錯可以自由的滑出表面,加之孿生變形誘導(dǎo)應(yīng)力集中作用,這幾個因素均削弱了材料的加工硬化作用,導(dǎo)致厚度越小,強度越低。
[Abstract]:With the gradual development of modern industry towards lightweight and miniaturization, micro-forming, ultra-precision machining and other micro-processing technologies have made micro-size materials more widely used. However, there is a phenomenon of size effect in micro-size metal materials, that is, their properties will be affected by sample size or grain size, so that they are small. In this paper, the grain size, crystal orientation and dislocation configuration of pure titanium sheets with thickness of 50, 100, 200, and 800 microns are adjusted to be basically the same by annealing heat treatment using industrial pure titanium TA2 as material. The tensile properties of annealed pure titanium with different thicknesses were investigated. It was found that the tensile strength and elongation decreased with the decrease of the thickness of the sample. The tensile deformation behavior of pure titanium with different thicknesses was studied by OM-DIC-based in-situ tensile technology. The strain distribution law under different engineering strain variables is as follows: with the decrease of thickness, the engineering strain corresponding to strain localization phenomenon decreases, and the uniformity of strain distribution decreases. The tensile deformation behavior of pure titanium with different thicknesses was studied by means of SEM-DIC in-situ tensile technique. Microscopically, pure titanium with different thicknesses was processed in different conditions. The grain strain distribution of pure titanium with different thickness is reflected by the grain strain distribution under the range strain. Under the same engineering strain, with the decrease of thickness, the proportion of grains with compressive strain distribution decreases, that is, the proportion of grains not involved in deformation decreases, and the difference of strain distribution among grains increases. The results show that the smaller the thickness of pure titanium, the worse the compatibility of micro-deformation is. By means of transmission microstructure observation and combining with macro-and micro-deformation laws, it is revealed that the fundamental reason why the thickness size affects the tensile properties of pure titanium lies in the grain condition in the thickness direction. When the number of grains is small, the grains which begin to deform plastically play a relatively large role, and the number of grains is small, which limits the coordinated deformation between grains, so that the deformation degree of grains varies greatly, and then the macroscopic strain distribution is uneven, which makes it easier to produce strain concentration. In addition, when the thickness is reduced to 50 micron, the twin system starts to produce twins and induces stress. In terms of strength, pure titanium with small thickness has less grain number, weak bearing capacity of grain, large proportion of grain in surface layer, and dislocation can slide freely out of the surface. In addition, twin deformation induces stress concentration, which weakens the work hardening effect and leads to thickness. The smaller, the lower the intensity.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.23

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本文編號：2215235