纯钛扭剪剧烈塑性变形机制与强韧化研究

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1、摘要摘要钛及钛合金因其具有低密度、优异综合性能、良好生物相容性等被广泛应用于汽车、航空、航天、生物医学以及其它轻量化结构制造中。但传统成形工艺制备的纯钛或者钛合金由于其较低的强度或韧性，很难做到力学性能的良好匹配，解决问题的一条技术途径就是使用大塑性变形（63'）制备超细乃至纳米结构的钛及钛合金。扭转剪切变形被认为是累积塑性应变效率最高的变形模式，其中涉及到纯剪切和简单剪切在累积塑性应变和细化晶粒过程中的关键作用。论文通过试验研究、理论分析和模拟计算相结合的方法，针对纯钛扭转剪切63'机制与强韧化工艺开展研究。首先开展了纯钛单扭、正反扭和拉扭组合基本变形模式的试验研究，然后针对纯钛扭转

2、变形过程中的温度影响进行了分析，最后对纯钛和纯铝复合共挤下的椭圆截面螺旋等通道挤压（(&6((）变形工艺进行了讨论。论文取得以下研究成果：（）获得了室温变形条件下纯钛单扭、正反扭和拉扭非比例加载路径下的微观组织和力学性能演变规律，分析讨论了组合式扭转剪切工艺过程的晶粒细化机制与变形改性机理，总结了多模式扭转剪切变形过程中的位错演化路径及其对纯钛大塑性变形改性的影响；（）获得了热力耦合作用下，纯钛扭转变形组织的演化规律，分析了扭转剪切变形对纯钛微观组织Į相形貌的调控作用，同时在变形过程中发现析出的ȕ和Ȧ相与Į相具有一定的位向关系。从而为组合式扭转剪切变形的细晶稳定化与力学性能强韧化提供参

3、考；（）研究了一种组合模式的挤压扭转椭圆截面螺旋等通道变形（(&6((）$O7L复合成形工艺，分析总结了纯钛和纯铝(&6((工艺过程中的变形损伤、力学性能演化和组织结构演变过程，获得了(&6((纯钛晶粒细化机制、位错演化路径与强韧化改性途径。关键词纯钛；扭转剪切；变形模式；微观组织；力学性能；变形机制,西北工业大学工学硕士学位论文RQVWDELOL]DWLRQLQJUDLQUHILQHPHQWDQGVWUHQJWKHQLQJWRXJKHQLQJLQPHFKDQLFDOSURSHUWIRUFRPELQHGWRUVLRQDOVKHDUGHIRUPDWLRQ7KHFRPSRXQGIRUPL

4、QJWHFKQRORJRI$O7LLQDFRPELQHGWHQVLRQWRUVLRQGHIRUPDWLRQPRGHFDOOHGHOOLSWLFDOFURVVVHFWLRQVSLUDOHTXDOFKDQQHOH[WUXVLRQ(&6((LVVWXGLHGDQGWKHGHIRUPDWLRQGDPDJHHYROXWLRQRIPHFKDQLFDOSURSHUWDQGPLFURVWUXFWXUDOHYROXWLRQSURFHVVGXULQJ(&6((LQSXUHWLWDQLXPDQGSXUHDOXPLQXPDUHDQDO]HGDQGVXPPDUL]HGWKHJUDLQUHILQHPHQWP

5、HFKDQLVPGLVORFDWLRQHYROXWLRQSDWKDQGPRGLILHGPHWKRGRIVWUHQJWKHQLQJWRXJKHQLQJLQSXUHWLWDQLXPSURFHVVHGE(&6((DUHREWDLQHG.HZRUGV3XUHWLWDQLXPWRUVLRQDOVKHDUGHIRUPDWLRQPRGHVPLFURVWUXFWXUHPHFKDQLFDOSURSHUWLHVGHIRUPDWLRQPHFKDQLVPV,9本文主要成果与新见解本文主要成果与新见解阐明了单一扭转、正反扭转、拉扭组合三种非比例加载模式对纯钛组织和性能的影响规律，并揭示了三种模式下的位错演化

6、途径以及对应的断口形貌的形成机理。结果表明纯钛单扭过程中存在软、硬化现象，扭转过程中的应变加载路径对纯钛的细晶机理和变形机制有很大影响。建立了热力耦合作用下，扭转变形对纯钛微观组织和相形貌的调控方法，并总结了纯钛高温扭转变形过程中的位错演化路径及其对应的断口形貌形成机理。结果表明纯钛在高温扭转变形过程中会有不同形貌的Į相出现，并且在目录目录摘要,$EVWUDFW,,,本文主要成果与新见解9第章绪论引言钛及钛合金研究现状及发展剧烈塑性变形工艺技术及发展63'工艺分类63'细晶机制63'晶界改性纯钛扭转剪切变形与强韧化研究存在的问题本文选题背景及意义本文研究内容与方法主要研究内容主要研究方

7、法第章纯钛扭转剪切变形研究基础理论与方法引言扭转剪切变形工艺基础弹塑性变形物理基础简单剪切及其纯剪切纯钛力学性能研究单轴拉伸试验显微硬度试验微米压痕试验纯钛微观组织研究金相试验6(0试验(%6'试验7(0试验9,,西北工业大学工学硕士学位论文纯钛损伤断裂研究损伤断裂理论基础扫描断口分析本章小结第章扭转剪切模式对纯钛塑性变形的影响引言纯钛单扭塑性变形分析力学性能分析数值模拟仿真微观组织分析变形织构分析位错结构演化断口扫描分析纯钛正反扭塑性变形分析