【摘要】：鈦及其合金由于具有良好的力學(xué)、化學(xué)及生物學(xué)性能,在航空航天、交通運(yùn)輸、軍工軍事、生物醫(yī)療及化工生產(chǎn)等領(lǐng)域都具有非常重要的應(yīng)用價值。因此鈦及其合金一直是材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),研究者們對鈦及其合金開展了廣泛的研究,希望通過對顯微組織結(jié)構(gòu)演變規(guī)律和機(jī)理的研究進(jìn)一步提高和改善其性能。如何提高鈦及其合金的塑性及其成型性一直以來是一個亟待解決的問題,目前改善鈦及其合金室溫變形能能力的主要障礙在于對鈦及其合金的變形機(jī)制了解不全面,對孿生的形成、長大及消失的解釋眾說紛紜；對孿晶機(jī)制和位錯機(jī)制之間相互的協(xié)調(diào)和競爭還缺乏系統(tǒng)的、全面的認(rèn)識,目前對兩者之間相互作用的研究主要集中在計算機(jī)模擬方面,缺少實(shí)驗(yàn)上可見的證據(jù)和有力的理論解釋。因此,對鈦及其合金室溫塑性變形機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究成為了該領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。針對上述問題,本工作選用工業(yè)純鈦T40板材為研究對象,采用掃描電鏡-背散射電子衍射技術(shù)(SEM-EBSD)對冷軋過程中晶粒的形狀、尺寸、晶體學(xué)取向以及孿晶出現(xiàn)順序信息分別進(jìn)行了表征和分析。通過建立簡化模型,計算了形變孿晶變體的施密特因子、孿生應(yīng)變以及孿晶生長過程中的塑性變形能,總結(jié)了形變孿晶變體選擇的規(guī)律,探討了影響形變孿晶變體生長的因素,解釋了孿晶變體數(shù)目和其所在晶粒尺寸與晶粒形狀之間的關(guān)系,闡明了形變孿晶變體選擇的機(jī)理,預(yù)測了晶粒內(nèi)孿晶系統(tǒng)選擇和孿晶變體的生長情況。另外,本工作還采用準(zhǔn)原位掃描電鏡-電子背散射衍射技術(shù)(SEM-EBSD)表征了工業(yè)純鈦T40板材承受拉伸載荷過程中微觀組織結(jié)構(gòu)與晶體學(xué)取向的演化信息,分析了孿晶和位錯滑移的形貌、出現(xiàn)順序和出現(xiàn)位置,發(fā)現(xiàn)了在局部區(qū)域滑移和孿晶變形模式之間互相協(xié)調(diào)的現(xiàn)象,從材料連續(xù)的角度建立了與變形模式具有物理聯(lián)系的切變位移梯度模型,研究了滑移和孿生之間的協(xié)調(diào)關(guān)系,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的合理性,解釋了滑移和孿生變形模式之間互相激發(fā)、互相協(xié)調(diào)的原因,并進(jìn)一步闡述了局部變形狀態(tài)和宏觀加載狀態(tài)的共同作用下孿晶產(chǎn)生、生長及消失等演化過程的規(guī)律和機(jī)理。由于工業(yè)純鈦存在彈性各向異性,使得工業(yè)純鈦晶體中位錯應(yīng)變場形式非常復(fù)雜,在采用透射電鏡鑒定位錯的實(shí)驗(yàn)中,難以僅憑衍襯象襯度不可見條件來確定位錯性質(zhì)。出于對變形中位錯鑒定的實(shí)際需求,我們基于晶體學(xué)理論提出了一種鑒定位錯的計算方法,此方法可以明顯簡化透射電鏡位錯鑒定過程,通過對工業(yè)純鈦中位錯的鑒定我們驗(yàn)證了該方法的可行性和準(zhǔn)確性,此計算方法的使用對TEM位錯鑒定具有指導(dǎo)意義。以上工作從微觀尺寸上對進(jìn)一步深化鈦合金變形行為和機(jī)理的認(rèn)識進(jìn)行了理論補(bǔ)充,對計算機(jī)模擬工作提供了實(shí)驗(yàn)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)依據(jù),為鈦合金的設(shè)計優(yōu)化、性能預(yù)測和失效控制等奠定了理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:Titanium and its alloys have very important application value in the fields of aerospace, transportation, military, biological and chemical production because of good mechanical, chemical and biological properties. As a result, the titanium and its alloys have been a hot spot in the field of material science, and the researchers have conducted extensive research on the titanium and its alloys, hoping to further improve and improve the performance of the microstructure evolution law and mechanism. how to improve the plasticity and formability of titanium and its alloys has been a problem to be solved, and the main obstacle to improve the ability of titanium and its alloy at room temperature is that the deformation mechanism of titanium and its alloy is not comprehensive, and the formation of twinning is not complete. There is a lack of systematic and comprehensive understanding of the mutual coordination and competition between the mechanism of the crystal and the mechanism of the dislocation, and the research on the interaction between the two is mainly focused on the computer simulation. The lack of experimental evidence and a strong theoretical explanation. Therefore, the experimental study on the mechanism of the plastic deformation of the room temperature of the titanium and its alloy has become the focus of attention in this field. In the light of the above problems, the industrial pure titanium T40 plate is used as the research object, and the shape, the size, the crystallographic orientation and the order information of the crystal grain in the cold rolling process are characterized and analyzed by using the scanning electron microscope-backscattering electron diffraction (SEM-EBSD) technique. By establishing a simplified model, the Schmitt factor, the twin strain and the plastic deformation energy in the process of crystal growth are calculated, the law of the choice of the deformation and the crystal variation is summarized, and the factors that influence the growth of the deformed crystal are discussed. The relationship between the number of the crystal grains and the grain size and the grain shape of the crystal grain is explained. The mechanism of the choice of the crystal grain is explained, and the selection of the crystal grain and the growth of the crystal grain are predicted. In addition, a quasi-in-situ scanning electron microscope-electron backscatter diffraction (SEM-EBSD) technique was used to characterize the evolution of the microstructure and crystallographic orientation of the industrial pure titanium T40 plate in the process of tensile loading, and the morphology, appearance and location of the crystal and dislocation slip were analyzed. In this paper, a shear displacement gradient model with physical contact with the deformation mode is established from the continuous angle of the material and the coordination relation between the slip and the twin is studied, and the rationality of the model is verified. The causes of mutual excitation and mutual coordination between the slip and twin deformation modes are explained, and the rules and mechanisms of the evolution of the generation, growth and disappearance of the columnar crystal under the co-action of the local deformation state and the macroscopic loading state are further described. Because of the elastic anisotropy of the industrial pure titanium, the form of the dislocation strain field in the industrial pure titanium crystal is very complicated. Based on the theory of crystallography, a method for identifying the dislocation is proposed, which can be used to simplify the process of the dislocation identification of the transmission electron microscope. The feasibility and the accuracy of the method are verified by the identification of the dislocations in the pure titanium. The use of this method is of great significance for TEM dislocation identification. The above work is a theoretical supplement to the understanding of the further deepening of the deformation behavior and mechanism of the titanium alloy from the micro-scale, and provides the experimental parameters and the experimental basis for the computer simulation work, and lays a theoretical foundation for the design optimization, the performance prediction and the failure control of the titanium alloy.
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23

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本文編號：2335673