【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)逐漸向輕量化和微型化發(fā)展,微成型、超精密機械加工等微細加工技術不斷進步,使微小尺寸材料應用更加廣泛。然而,在微小尺寸的金屬材料中存在著一種尺寸效應現(xiàn)象,即其性能會受樣品尺寸或晶粒尺寸的影響,使微小尺寸金屬材料呈現(xiàn)出與常用尺寸金屬材料不同的性能特點。本文以工業(yè)純鈦TA2為材料,通過退火熱處理的方法,將厚度分別為50μm、100μm、200μm和800μm的純鈦薄板的晶粒尺寸、晶體取向和位錯組態(tài)調(diào)控到基本一致。采用常規(guī)拉伸試驗,測試了不同厚度退火態(tài)純鈦的拉伸性能,發(fā)現(xiàn)在本文所選用的幾個厚度尺寸下,隨著樣品厚度的減小,其強度和延伸率均呈下降趨勢。運用基于OM-DIC的原位拉伸技術對不同厚度純鈦的拉伸變形行為進行研究,宏觀上,建立了不同厚度的純鈦在不同工程應變量下對應的應變分布規(guī)律:隨著厚度的減小,產(chǎn)生應變局域化現(xiàn)象所對應的工程應變量減小,應變分布均勻性下降。產(chǎn)生應變局域化現(xiàn)象所對應的工程應變量越小,即材料的均勻延伸率越小。應變分布的均勻性越差,表明材料整體參與塑性變形的能力越差。縱向應變的分布情況與頸縮程度的大小一致,剪切應變的分布情況與材料斷裂路徑一致。運用基于SEM-DIC原位拉伸技術對不同厚度純鈦的拉伸變形行為進行研究,微觀上,由不同厚度的純鈦在不同工程應變量下對應的晶粒應變分布情況,反應出不同厚度純鈦的晶粒變形規(guī)律:相同工程應變量下,隨著厚度的減小,呈壓應變分布的晶粒占比減少,即未參與變形晶粒占比減少,各晶粒的應變分布差異增大,即晶粒間的變形程度差異增大。表明厚度越小的純鈦,微觀變形的協(xié)調(diào)性一致性越差。通過透射微觀組織觀察并結合宏觀、微觀變形規(guī)律,揭示了厚度尺寸對純鈦的拉伸性能產(chǎn)生影響的根本原因在于厚度方向的晶粒情況。其中,塑性方面,厚度小的純鈦,其厚度方向的晶粒數(shù)少,開始塑性變形的晶粒起的作用就相對較大,且晶粒數(shù)少限制了晶粒間的協(xié)調(diào)變形,使得各晶粒的變形程度差異大,進而宏觀上的應變分布不均勻,更容易產(chǎn)生應變集中,此外,厚度減小到50μm時,孿生系統(tǒng)啟動產(chǎn)生了孿晶,誘導應力應變進一步集中,因此厚度越小塑性越差;強度方面,厚度小的純鈦,其晶粒數(shù)少,晶粒的承載能力弱,且表面層晶粒占比大,位錯可以自由的滑出表面,加之孿生變形誘導應力集中作用,這幾個因素均削弱了材料的加工硬化作用,導致厚度越小,強度越低。
[Abstract]:With the gradual development of modern industry towards lightweight and miniaturization, micro-forming, ultra-precision machining and other micro-processing technologies have made micro-size materials more widely used. However, there is a phenomenon of size effect in micro-size metal materials, that is, their properties will be affected by sample size or grain size, so that they are small. In this paper, the grain size, crystal orientation and dislocation configuration of pure titanium sheets with thickness of 50, 100, 200, and 800 microns are adjusted to be basically the same by annealing heat treatment using industrial pure titanium TA2 as material. The tensile properties of annealed pure titanium with different thicknesses were investigated. It was found that the tensile strength and elongation decreased with the decrease of the thickness of the sample. The tensile deformation behavior of pure titanium with different thicknesses was studied by OM-DIC-based in-situ tensile technology. The strain distribution law under different engineering strain variables is as follows: with the decrease of thickness, the engineering strain corresponding to strain localization phenomenon decreases, and the uniformity of strain distribution decreases. The tensile deformation behavior of pure titanium with different thicknesses was studied by means of SEM-DIC in-situ tensile technique. Microscopically, pure titanium with different thicknesses was processed in different conditions. The grain strain distribution of pure titanium with different thickness is reflected by the grain strain distribution under the range strain. Under the same engineering strain, with the decrease of thickness, the proportion of grains with compressive strain distribution decreases, that is, the proportion of grains not involved in deformation decreases, and the difference of strain distribution among grains increases. The results show that the smaller the thickness of pure titanium, the worse the compatibility of micro-deformation is. By means of transmission microstructure observation and combining with macro-and micro-deformation laws, it is revealed that the fundamental reason why the thickness size affects the tensile properties of pure titanium lies in the grain condition in the thickness direction. When the number of grains is small, the grains which begin to deform plastically play a relatively large role, and the number of grains is small, which limits the coordinated deformation between grains, so that the deformation degree of grains varies greatly, and then the macroscopic strain distribution is uneven, which makes it easier to produce strain concentration. In addition, when the thickness is reduced to 50 micron, the twin system starts to produce twins and induces stress. In terms of strength, pure titanium with small thickness has less grain number, weak bearing capacity of grain, large proportion of grain in surface layer, and dislocation can slide freely out of the surface. In addition, twin deformation induces stress concentration, which weakens the work hardening effect and leads to thickness. The smaller, the lower the intensity.
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.23

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;大連化工廠一臺大型純鈦外冷器將用于生產(chǎn)[J];純堿工業(yè);1980年02期

2 楊道興;;用純氰酸鹽光度法測定純鈦及鈦合金中鐵含量[J];特鋼技術;2005年03期

3 蔚建閣;張進波;;如何鑒別純鈦鏡架[J];中國眼鏡科技雜志;2006年03期

4 黃金昌;加工和熱處理對純鈦寬帶性能方向性的影響[J];稀有金屬合金加工;1977年06期

5 森口康夫 ,曾泉甫;板式熱交換器用純鈦板的加工性[J];稀有金屬材料與工程;1985年06期

6 ;用商業(yè)純鈦制作的手套[J];材料工程;1993年02期

7 何勇;;純鈦變形的初步研究[J];物理測試;1993年05期

8 ;超細晶粒純鈦植入件[J];鈦工業(yè)進展;1999年06期

9 趙春元;鈦蒸餾罐制造及使用小結[J];湖南化工;1978年03期

10 漆構邦;;懸浮熔融含碳鎳浴抽取法測定純鈦中氮含量[J];分析化學;1986年02期

相關會議論文 前10條

1 黃承敏;巢永烈;;等離子浸沒注入純鈦表面改性的基礎研究[A];第六次全國口腔修復學學術會議論文摘要匯編[C];2009年

2 閆澍;張玉梅;施生根;牛忠英;盧怡;張艷茹;;兩種退火方式對牙科鑄造純鈦力學性能影響的研究[A];第六次全國口腔修復學學術會議論文摘要匯編[C];2009年

3 張輝躍;劉福祥;;微弧氧化技術用于純鈦表面改性的研究[A];第四屆全國口腔種植學術會議論文集[C];2005年

4 岳虹池;;氮離子注入對純鈦表面性能影響的研究[A];第七次全國口腔修復工藝學學術交流會論文匯編[C];2011年

5 張建中;;純鈦鑄造時鑄造溫度與流鑄率[A];中華口腔醫(yī)學會第三次全國口腔修復學術會議論文集[C];1997年

6 宋明奎;;純鈦鑄造縮孔的原因及解決方法[A];第七次全國口腔修復工藝學學術交流會論文匯編[C];2011年

7 吳玉祿;辛海濤;張春寶;湯忠斌;;激光焊接鑄造純鈦焊縫薄膜材料的力學性能研究[A];第七次全國口腔修復工藝學學術交流會論文匯編[C];2011年

8 閆澍;張玉梅;施生根;牛忠英;崔三哲;盧怡;;兩種退火方式對牙科鑄造純鈦力學性能影響的研究[A];中華口腔醫(yī)學會全科口腔醫(yī)學專業(yè)委員會第一次學術年會會議論文集[C];2009年

9 袁繼維;劉義敏;;高純鈦結晶行為研究[A];2008年全國冶金物理化學學術會議專輯（上冊）[C];2008年

10 李巍;馬寶軍;孫小勇;劉宏偉;史文;;電子背散射衍射技術及其在純鈦研究中的應用[A];中國有色金屬學會第十四屆材料科學與合金加工學術年會論文集[C];2011年

相關重要報紙文章 前6條

1 記者 陳朝霞 余姚記者站 張偉 謝敏軍;余姚產(chǎn)出中國第一爐超高純鈦[N];寧波日報;2014年

2 艾班;浙江產(chǎn)出中國首爐超高純鈦[N];中國化工報;2014年

3 付強邋本報記者 朱海;“純鈦”鏡架實為鈦合金[N];中國消費者報;2008年

4 張春寶;純鈦義齒好處多[N];健康報;2006年

5 ;制造高純鈦的新技術[N];中國有色金屬報;2003年

6 曉斌;純鈦超精密鏡面加工技術問世[N];中國有色金屬報;2005年

相關博士學位論文 前7條

1 李軍;TA1純鈦卷熱連軋關鍵技術基礎研究[D];昆明理工大學;2016年

2 尹路;滲氮類金剛石膜應用于齒科純鈦的實驗研究[D];第四軍醫(yī)大學;2008年

3 黃承敏;等離子浸沒注入和多弧離子鍍對純鈦及鈦合金表面改性的基礎研究[D];四川大學;2004年

4 張麗君;激光快速成形純鈦的烤瓷性能研究[D];第四軍醫(yī)大學;2009年

5 朱娟芳;激光快速成形技術制作純鈦植入材料的實驗研究[D];第四軍醫(yī)大學;2007年

6 郭澤鴻;激光—微弧氧化處理對純鈦表面生物活性影響的研究[D];南方醫(yī)科大學;2013年

7 聶蓉蓉;微弧氧化—水熱處理法在純鈦表面制備生物陶瓷涂層及其細胞相容性的實驗研究[D];四川大學;2006年

相關碩士學位論文 前10條

1 蔡陽;純鈦及鈦合金的強流脈沖電子束表面改性研究[D];上海工程技術大學;2015年

2 王道強;溶膠-凝膠法制備SiO_2涂層對純鈦耐腐蝕性能的影響[D];河北聯(lián)合大學;2014年

3 任曉娟;純鈦金屬全冠微滲漏及密合度的研究[D];河北聯(lián)合大學;2014年

4 王楠;有機硅季銨鹽浸泡純鈦后對白色念珠菌生長的抑制作用[D];河北醫(yī)科大學;2015年

5 張立娜;純鈦烤瓷基底冠打磨方向?qū)鸫山Y合強度的影響[D];河北醫(yī)科大學;2015年

6 賈曉瑞;超細晶純鈦材料表面微弧氧化處理及其生物安全性研究[D];第四軍醫(yī)大學;2015年

7 張世雄;超細晶/納米晶純鈦的制備及動態(tài)力學性能研究[D];北京理工大學;2016年

8 丁園李;不同鈦及鈦合金表面形貌對細菌黏附影響的實驗探究[D];吉林大學;2016年

9 尹程程;不同純鈦表面形貌對神經(jīng)細胞生物學行為影響的研究[D];吉林大學;2016年

10 雷天宇;LA-ICP-MS測定純鈦和純鎢中痕量雜質(zhì)方法研究[D];北京有色金屬研究總院;2016年

，

本文編號：2215235