工业纯钛室温ECAP变形工艺及组织性能研究

论文摘要

等径弯曲通道变形(Equal Channel Angular Pressing,简称ECAP)是一种制备高性能材料的独特加工方法,它通过强烈的纯剪切变形可制备出块状超细晶材料。本文采用两通道夹角Φ=120°,外圆角Ψ=20°的模具,成功实现了室温下工业纯钛Bc方式4道次ECAP变形,累积等效真应变达到～2.54。通过光学显微镜、透射电子显微镜、电子拉伸机等观察和分析了ECAP变形试样的显微组织及性能,研究了ECAP变形道次与退火温度对组织性能的影响,以及ECAP变形机理、组织细化机理和强化机理。结果表明:工业纯钛经B_C方式4道次ECAP变形后,获得了平均晶粒尺寸约为200nm的具有大角度晶界的超细晶组织。组织细化机理为:ECAP变形过程中形成的板条和孪晶自身交割,并相互作用,以及大量的位错演变成位错胞和亚晶,进而发生动态回复逐渐形成大角度超细晶组织。4道次ECAP变形后,工业纯钛的抗拉强度达到773MPa,并保持良好的塑性,延伸率为16.8%。当退火温度低于400℃时,ECAP变形试样的组织变化不大,显微硬度下降缓慢;当退火温度高于400℃时,由于发生了再结晶,显微硬度显著下降。本文在相同实验条件下,采用A、B、C三种变形方式对工业纯钛进行2道次室温ECAP变形,研究了不同变形方式对组织和性能的影响。结果表明:工业纯钛室温2道次ECAP变形后的组织形貌取决于变形方式:A方式和B方式ECAP变形组织主要为板条状组织;C方式主要为块状组织。2道次ECAP变形后,三种变形方式的力学性能相差不大,并且显微硬度随退火温度升高的变化趋势相同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ECAP变形原理及应用
• 1.3 钛及钛合金ECAP变形研究现状
• 1.3.1 钛及钛合金ECAP变形特点
• 1.3.2 钛及钛合金ECAP变形机理
• 1.3.3 钛及钛合金ECAP变形后的性能
• 1.4 本课题主要研究内容、目的和意义
• 2 实验材料和实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方案
• 2.3 ECAP变形实验
• 2.3.1 ECAP变形试样制备
• 2.3.2 ECAP变形实验
• 2.4 观测试样的取样部位和标记
• 2.5 热处理实验
• 2.6 显微组织观察
• 2.6.1 金相试样的制备与组织观察
• 2.6.2 透射电镜试样制备与组织观察
• 2.7 力学性能测定
• 2.7.1 拉伸实验
• 2.7.2 显微硬度实验
• 3 工业纯钛室温多道次ECAP变形及组织性能
• 3.1 工业纯钛室温ECAP变形组织
• 3.1.1 ECAP变形试样的光学显微组织
• 3.1.2 ECAP变形试样的透射电镜组织
• 3.2 工业纯钛室温ECAP变形试样的力学性能
• 3.3 退火温度对ECAP变形组织和性能的影响
• 3.3.1 退火温度对ECAP变形试样组织的影响
• 3.3.2 退火温度对ECAP变形试样力学性能的影响
• 4 工业纯钛室温ECAP变形方式及组织性能
• 4.1 不同ECAP变形方式试样的组织
• 4.1.1 ECAP变形试样的光学显微组织
• 4.1.2 ECAP变形试样的透射电镜组织
• 4.2 不同ECAP变形方式试样的力学性能
• 5 讨论
• 5.1 工业纯钛室温ECAP变形机理
• 5.2 工业纯钛室温ECAP变形组织演变及细化机理
• 5.2.1 工业纯钛室温ECAP变形组织演变
• 5.2.2 大角度晶界的形成
• 5.2.3 工业纯钛室温ECAP变形组织细化机理
• 5.3 工业纯钛室温ECAP变形强化机理
• 5.3.1 晶界强化
• 5.3.2 位错强化
• 5.3.3 孪晶强化
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文与奖励