论文部分内容阅读
钛是具有低对称性的密排六方结构(HCP)，其变形行为极为复杂。本实验为消除多晶变形中织构以及晶界的影响，更好观察孪晶与位错的变化，选择单晶进行研究。本文在多晶商业纯钛中选择单个晶粒，利用聚焦离子束对其单个晶粒进行小尺寸梁定向切割，小尺寸梁长约1μm，宽约300-400nm，厚为70nm左右。单晶样品利用自创的双金属片拉伸器沿不同的拉伸方向在透射电镜中进行原位拉伸。实验内容及结果如下: 1.样品沿不同方向进行拉伸时展示出不同的位错运动特点及断裂形貌特征，所有拉伸过程中没有发现变形孪晶的产生。 2.样品拉伸断裂时，分为两种断裂方式:根部断裂和剪切断裂。样品发生剪切断裂时，拉伸应变量较大（应变大于25％），断裂面与拉伸方向呈30-40°夹角。产生这种现象的原因是同一滑移系的位错不断在断裂面附近积累，样品局部应力集中从而发生断裂。当样品断裂方式为根部断裂时，拉伸应变量小(应变为7.31％)，其产生原因是样品根部存在切割缺陷所致。 3.进一步研究发现样品沿基面或锥面方向进行拉伸时，均产生锥面滑移来调节变形机制。当柱面滑移是拉伸样品的主要的变形方式时，产生根部断裂;当锥面滑移是其主要变形方式时，发生剪切断裂。产生剪切断裂现象的原因是样品尺寸小，材料的各向异性变小，导致柱面滑移与锥面滑移临界剪切应力差距减小，锥面滑移和柱面滑移可能同时启动，故样品产生剪切滑移，从而产生大应变。 4.结合SEM-EBSD确定晶体取向以及样品的拉伸轴方向，通过对比双束确定位错柏氏矢量对应的多个滑移系的施密特因子，最终确定α-Ti拉伸变形过程中开动的滑移系。沿α-Ti的[-2110]方向拉伸时，分析发现样品在变形过程中启动了三个滑移系，分别是位错所在的滑移系(10-10)[-12-10]，位错所在滑移系(10-1-1)[2-1-13]和(11-21)[-12-1-3]。最终导致样品发生断裂的是柱面位错和锥面位错。 5.观察到位错与晶界之间的交互作用，并确定了积累在晶界处位错所在的滑移系是锥面滑移。沿[-5320]方向拉伸时，由于样品右侧存在晶界，阻碍位错向右扩展，导致晶界处产生柏氏矢量是1/3[-2113]的锥面位错塞积，使样品沿晶界处断裂。 6.通过选区电子衍射及TEM暗场像发现样品断口存在单晶到多晶的转化过程。拉伸样品在双金属片拉伸器的作用下，产生缓慢变形，变形过程中位错不断在断裂处积累及交互，使断裂处发生晶粒细化。细化晶粒为50nm以下且发生了大角度(32°)倾转，较于其他细化方法晶粒尺寸更小。 7.对于单晶样品变形时，应变速率和孪晶开动所需应力对变形行为可能存在很大影响。如果位错或孪晶的施密特因子大，且开动所需应力小，此种变形行为才会产生。本实验中即使锥面滑移与孪晶施密特因子相差无几，但应变速率较小，所以孪晶不会启动。