本文通過2道次ECAP變形（等效應(yīng)變量約0.75）和ECAP+旋鍛變形（等效應(yīng)變量約2.58）,以及旋鍛后300℃、400℃退火1h,獲得4種具有不同組織的超細晶純鈦。分析了4種超細晶純鈦的組織演變和力學(xué)性能,并從裂紋擴展速率、裂紋擴展路徑、疲勞斷裂機理等方面研究了4種超細晶純鈦的疲勞裂紋擴展行為,主要研究結(jié)果如下:2道次ECAP變形后,純鈦的強度顯著增高,其顯微組織由寬度約為1μm的板條組織和孿晶構(gòu)成,且晶粒尺寸不均勻;后續(xù)的旋鍛變形使ECAP變形純鈦的組織不均勻性得到改善,強度進一步提高,形成晶粒尺寸約為200 nm的超細晶組織;旋鍛變形后隨退火溫度的升高,超細晶純鈦的晶粒尺寸增大,位錯密度降低,導(dǎo)致其斷裂延伸率升高,強度降低。標準單邊缺口拉伸試樣（SENT）的疲勞裂紋擴展速率測試結(jié)果顯示,微觀組織對超細晶純鈦的疲勞裂紋擴展具有顯著影響,存在疲勞裂紋擴展速率轉(zhuǎn)折點將疲勞裂紋擴展速率曲線分為近門檻區(qū)和穩(wěn)定擴展區(qū)。在近門檻區(qū),ECAP+旋鍛變形純鈦的ΔK_th最高,約9.6 MPa·m^1/2,其中ECAP變形純鈦的裂紋擴展速率高于ECAP+旋鍛... 

【文章來源】：西安建筑科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

ECAS模具[42]和ECAP-C[44]

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10主要為平面應(yīng)變狀態(tài)。平面應(yīng)力和平面應(yīng)變在斷口形貌中的區(qū)域大小受裂紋長度、試樣厚度以及材料的屈服強度等因素的影響[98]。圖1.2a為薄板試樣中平面應(yīng)變和平面應(yīng)力的斷口形貌示意圖。試樣斷口主要為平面應(yīng)變斷裂形成的平坦斷面，在試樣表面存在一圈與所受到的拉應(yīng)力方向成45°的平面應(yīng)力斷裂邊緣。當(dāng)裂紋不斷擴展時，平面應(yīng)變斷裂量逐漸減小，最終平面應(yīng)力成為主導(dǎo)，這時所有的斷口表面都與所受到的應(yīng)力方向成45°；圖1.2b為厚板試樣斷裂斷口示意，其邊緣處為平面應(yīng)力斷裂，中心較平坦區(qū)域為平面應(yīng)變斷裂[98]。圖1.2板狀試樣疲勞斷口表面特征[98]Fig.1.2Surfacecharacteristicsoffatiguefractureofplatespecimen.(a)Sheetsample,(b)Thickplatesample.如圖1.3為疲勞裂紋擴展過程的三個階段示意圖[99]。按照裂紋擴展過程將斷口劃分為近門檻區(qū)、穩(wěn)定擴展區(qū)和瞬斷區(qū)。近門檻區(qū)的ΔK較小，斷面裂紋閉合程度較高而相對光滑平整，但部分試樣可能不存在該階段擴展過程或斷口難以觀察到。穩(wěn)定擴展區(qū)，能觀察到特征花樣（放射花樣、人字紋花樣或弧形跡線等），通過特征花樣特征可判斷裂紋擴展過程中的擴展速率和擴展方向。失穩(wěn)擴展區(qū)，由疲勞裂紋擴展區(qū)到最后斷裂區(qū)的轉(zhuǎn)變并不是突然的。這兩個區(qū)域被一個由于裂紋擴展速率增加所決定的過渡區(qū)域分開。在這個階段，二次性裂紋的數(shù)量和深度的增加伴隨著一些大的二次性臺階。因此在該區(qū)域斷裂方向偏斜，粗糙度增加。微觀分析（高于40倍）是通過斷口形貌分析裂紋擴展機理，裂紋擴展速率以

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文11及影響因素。近門檻區(qū)的微觀斷口形貌極其復(fù)雜，可能出現(xiàn)滑移線、沿晶、類解理形貌（如河流、羽毛、舌頭等）、早期疲勞條帶、摩擦痕跡、混合形貌等斷口特征[99]。近門檻區(qū)的斷裂模式表現(xiàn)出解理或準解理的斷口形貌，且這一階段斷口表現(xiàn)為鋸齒狀斷裂模式[100]。圖1.3疲勞裂紋擴展三個階段的示意圖[99]Fig.1.3Schematicillustrationofthreephasesoffatiguecrackpropagation.穩(wěn)定擴展區(qū)的斷裂模式為輝紋型（疲勞條帶）斷裂模式，根據(jù)疲勞條帶特征可分為脆性疲勞條帶和塑性疲勞條帶[97]。加載過程中的每個循環(huán)會在斷面形成一個疲勞條帶，在疲勞裂紋擴展過程中形成塑性疲勞條帶時的裂紋擴展速率較低[100]。脆性疲勞條帶形貌差異較大、條帶間距不規(guī)則，斷口形貌具有晶體學(xué)平面特征、類解理河流花樣特征；而塑性疲勞條帶光滑、間距規(guī)則。統(tǒng)計結(jié)果表明，Paris公式中m值較小時，斷口微觀形貌主要為疲勞條帶；而m值較高的斷口形貌只存在少量疲勞條帶，基本為沿晶、解理、準解理、微孔、二次裂紋和韌窩等微觀形貌[97]。位錯交割或交滑移會形成割階，當(dāng)位錯作非保守運動產(chǎn)生過飽和空位聚集時形成微孔洞[97]。裂紋尖端擴展過程中發(fā)生分叉在斷面形成二次裂紋，裂紋擴展單位長度時所消耗的能量隨裂紋分叉顯著提高，擴展阻力增大，故二次裂紋能降低裂紋擴展速率[101]。圖1.4為穩(wěn)定擴展區(qū)裂紋擴展的兩種基本擴展方式，其一，主裂紋在鈍化后，裂紋頂部在加載過程中形成微裂紋的形式進行擴展；其二，主裂紋鈍化后，微裂紋在主裂紋前方的應(yīng)力集中部位形成，以裂紋連通的方式進行擴展[97]。失穩(wěn)擴展區(qū)裂紋擴展與靜態(tài)加載時相似，斷口的微觀形貌主要呈現(xiàn)出韌窩形貌特征，有時表現(xiàn)出解理、準解理和沿晶開裂的形貌特征[99

【參考文獻】：
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碩士論文
[1]室溫ECAP+旋鍛復(fù)合加工純鈦材的組織性能研究[D]. 宋小杰.西安建筑科技大學(xué) 2016
[2]ECAP工藝對新型生物醫(yī)用β鈦合金組織與性能的影響[D]. 林正捷.上海交通大學(xué) 2014



本文編號：3384912