【摘 要】
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纯钛因其具有较低的密度、较低的弹性模量、良好的耐蚀性以及优异的生物相容性而被广泛应用于航空航天、生物医学等军事和民用领域。然而,纯钛的强度较低,限制了其在较大载荷承力部件的应用。限制模压变形法作为一种新型的剧烈塑性变形工艺,具有实用、简便的优点,尤其可以加工大尺寸的板材而受到关注。目前,限制模压变形法已成功用于纯铝、铜等FCC结构金属,然而对于HCP结构的纯钛,室温下变形困难,限制模压变形过程中容
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纯钛因其具有较低的密度、较低的弹性模量、良好的耐蚀性以及优异的生物相容性而被广泛应用于航空航天、生物医学等军事和民用领域。然而,纯钛的强度较低,限制了其在较大载荷承力部件的应用。限制模压变形法作为一种新型的剧烈塑性变形工艺,具有实用、简便的优点,尤其可以加工大尺寸的板材而受到关注。目前,限制模压变形法已成功用于纯铝、铜等FCC结构金属,然而对于HCP结构的纯钛,室温下变形困难,限制模压变形过程中容易发生断裂。而电脉冲作为一种非常规能量,诸多研究表明其具有改善材料塑性的作用。迄今,电脉冲调控限制模压变形纯钛的变形机制尚未清楚。因此,本研究探讨脉冲电流对限制模压变形纯钛显微组织及力学性能的影响规律和作用机制,对于进一步改善纯钛的性能具有重要意义。本文以纯钛TA1为研究对象,采用限制模压变形工艺,通过改变模压间转角、模压道次电脉冲处理参数等方式研究纯钛显微组织和力学性能的变化规律。并采用透射电子显微镜(TEM)、电子背散射技术(EBSD)等研究方法探究电脉冲处理限制模压变形过程中纯钛的组织细化与变形机理。研究结果表明:纯钛经限制模压变形后,随着模压道次的增加,强度逐渐提高。模压变形后纯钛显微组织明显细化,晶粒内存在大量的由孪晶和变形带组成的板条组织,并且随着模压道次的增加,板条组织逐渐变细。通过改变模压方向可提高纯钛的抗拉强度,交叉模压后板条组织细化更加明显,位错缠结加剧,但延伸率降低。纯钛限制模压变形后采用2kA电脉冲处理,结果表明随着电脉冲频率的增加,模压变形纯钛的强度先略有升高而后逐渐降低;3kA电脉冲处理下,随着电脉冲频率的增加,模压变形纯钛的强度逐渐降低,其中交叉模压两道次后采用2kA、10Hz电脉冲处理后强度最高,可达550MPa,比原始纯钛提高了 38%。模压变形后采用电脉冲处理可使延伸率明显提高,这是由于在电子风力的作用下可促进位错运动,变形带边界由平直变为弯曲,位错逐渐向变形带内部运动,纯钛发生回复,并随着电脉冲频率增加,回复程度增加。另一方面,纯钛在限制模压变形过程中,孪生协同位错滑移,板条组织中出现了{11-22}<11-2-3>和{10-12}<10-1-1>孪晶。EBSD 分析表明,2kA、10Hz 电脉冲处理后,变形纯钛内部孪晶数量略有增多。随着电脉冲强度的提高,3kA电脉冲处理下,电脉冲对变形带的影响更为显著,位错运动的阻碍减小,因而模压变形纯钛的强度降低,塑性得到明显提高。
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