纯钛拉伸变形行为的尺寸效应研究

通过透射微观组织观察并结合宏观、微观变形规律,揭示了厚度 尺寸对纯钛的拉伸性能产生影响的根本原因在于厚度方向的晶 粒情况。其中,塑性方面,厚度小的纯钛,其厚度方向的晶粒数少, 开始塑性变形的晶粒起的作用就相对较大,且晶粒数少限制了晶 粒间的协调变形,使得各晶粒的变形程度差异大,进而宏观上的 应变分布不均匀,更容易产生应变集中,此外,厚度减小到50μ m 时,孪生系统启动产生了孪晶,诱导应力应变进一步集中,因此厚 度越小塑性越差;强度方面,厚度小的纯钛,其晶粒数少,晶粒的 承载能力弱,且表面层晶粒占比大,位错可以自由的滑出表面,加 之孪生变形诱导应力集中作用,这几个因素均削弱了材料的加工 硬化作用,导致厚度越小,强度越低。
运用基于OM-DIC的原位拉伸技术对不同厚度纯钛的拉伸变形行 为进行研究,宏观上,建立了不同厚度的纯钛在不同工程应变量 下对应的应变分布规律:随着厚度的减小,产生应变局域化现象 所对应的工程应变量减小,应变分布均匀性下降。产生应变局域 化现象所对应的工程应变量越小,即材料的均匀延伸率越小。
应变分布的均匀性越差,表明材料整体参与塑性变形的能力越差。 纵向应变的分布情况与颈缩程度的大小一致,剪切应变的分布情 况与材料断裂路径一致。
纯钛拉伸变形行为的尺寸效应研究
随着现代工业逐渐向轻量化和微型化发展,微成型、超精密机械 加工等微细加工技术不断进步,使微小尺寸材料应用更加广泛。 然而,在微小尺寸的金属材料中存在着一种尺寸效应现象,即其 性能会受样品尺寸或晶粒尺寸的影响,使微小尺寸金属材料呈现 出与常用尺寸金属材料不同的性能特点。
பைடு நூலகம்
运用基于SEM-DIC原位拉伸技术对不同厚度纯钛的拉伸变形行为 进行研究,微观上,由不同厚度的纯钛在不同工程应变量下对应 的晶粒应变分布情况,反应出不同厚度纯钛的晶粒变形规律:相 同工程应变量下,随着厚度的减小,呈压应变分布的晶粒占比减 少,即未参与变形晶粒占比减少,各晶粒的应变分布差异增大,即 晶粒间的变形程度差异增大。表明厚度越小的纯钛,微观变形的 协调性一致性越差。
本文以工业纯钛TA2为材料,通过退火热处理的方法,将厚度分别 为50μ m、100μ m、200μ m和800μ m的纯钛薄板的晶粒尺寸、晶 体取向和位错组态调控到基本一致。采用常规拉伸试验,测试了 不同厚度退火态纯钛的拉伸性能,发现在本文所选用的几个厚度 尺寸下,随着样品厚度的减小,其强度和延伸率均呈下降趋势。