Το καθαρό τιτάνιο έχει καλή απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία, εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, χαμηλή πυκνότητα και πολλά άλλα εξαιρετικά χαρακτηριστικά και έχει μεγάλο αριθμό εφαρμογών στον ιατρικό τομέα, την υπεράκτια μηχανική, τη μηχανική πετρελαίου και πολλούς άλλους τομείς. Η κρυσταλλική δομή του καθαρού τιτανίου είναι στενά συσκευασμένη εξαγωνική, το σύστημα ολίσθησης στη δομή είναι μικρότερο και είναι εύκολο να σχηματιστεί ασυμμετρία όταν τεντώνεται. Για τις μηχανικές ιδιότητες του καθαρού τιτανίου, οι Tao Zhijun et al. μελέτησε τη συμπεριφορά εφελκυσμού και συμπίεσης πλαστικής παραμόρφωσης και μηχανισμό του εμπορικού καθαρού τιτανίου, έλαβε την κατανομή προσανατολισμού των καθαρών κόκκων τιτανίου και ανέλυσε τον κύριο μηχανισμό της ελαστικής και θλιπτικής πλαστικής παραμόρφωσης του καθαρού τιτανίου. Οι Shi Xiaohui et al. μελέτησε την οιονεί στατική συμπεριφορά εφελκυσμού και τον μηχανισμό του καθαρού τιτανίου TA2 με χονδρόκοκκο, και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο κύριος λόγος για την υψηλή ικανότητα παραμόρφωσης του TA2 ήταν ο τραχύς κόκκος και η αύξηση του μεγέθους των κόκκων θα ενίσχυε τη δραστηριότητα των διδύμων κατά την παραμόρφωση. Το δίδυμο όριο μπορεί να διαιρέσει τον κόκκο, να μειώσει την απόσταση ολίσθησης της εξάρθρωσης, να εμποδίσει την ολίσθηση της εξάρθρωσης και να αυξήσει την αντοχή του υλικού.
Σε αυτό το άρθρο, η μικροδομή και οι μακροσκοπικές μηχανικές ιδιότητες του έλασης και ανόπτησης φύλλου καθαρού τιτανίου TA1 χαρακτηρίστηκαν και αναλύθηκαν και περιγράφηκε η αντίστοιχη σχέση μεταξύ της διαδικασίας παραμόρφωσης και της δομής, έτσι ώστε να παρέχεται κάποια αναφορά για την πρακτική εφαρμογή του υλικό.
1. Πειραματικά υλικά και μέθοδοι
Το υλικό που επιλέχθηκε σε αυτό το πείραμα είναι φύλλο καθαρού τιτανίου TA1 μετά από ανόπτηση 700 μοιρών × 1 ώρα/ αερόψυκτο που παρέχεται από την Xinjiang Xiangrun New Material Technology Co., LTD. Το υλικό που υλοποιήθηκε μπορεί να χωριστεί σε: W (Fe)=0.013%, w (C)=0.017%, w (N)=0.005%, w (H )=0.001%, w (O)=0.029%, επίδομα για Ti. Το δείγμα εφελκυσμού ήταν στην κατεύθυνση κύλισης (κατεύθυνση RD) και η δοκιμή εφελκυσμού πραγματοποιήθηκε από το GBT 228.1-2010 "Δοκιμή εφελκυσμού μεταλλικών υλικών Μέρος 1: Μέθοδος δοκιμής σε θερμοκρασία δωματίου". Η μεταλλογραφία παρατηρήθηκε με το οπτικό μικροσκόπιο OLYMPUS, η διάθλαση οπίσθιας σκέδασης ηλεκτρονίων (EBSD) και η μορφολογία θραύσης μετρήθηκαν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης πεδίου εκπομπής Zeiss SUPRA 55, η περίθλαση ακτίνων Χ μετρήθηκε με περιθλασίμετρο ακτίνων Χ Empyrean και παρατηρήθηκε υψηλή μεγέθυνση ιστών και φωτογραφήθηκε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης Tecnaig. Η μηχανή δοκιμών INSTRON χρησιμοποιήθηκε για τη δοκιμή εφελκυσμού σε θερμοκρασία δωματίου.
2. Πειραματικά αποτελέσματα και συζήτηση
2.1 Μικροδομή
Η μικροδομή του φύλλου καθαρού τιτανίου TA1, η μεταλλογραφική μικροδομή του φύλλου έχει προφανή χαρακτηριστικά δομής καθαρού τιτανίου, η μικροδομή κυριαρχείται από την ισοαξονική φάση και ένα ίχνος διακρυσταλλικής φάσης υπάρχει μεταξύ της ισοαξονικής φάσης. Είναι το μοτίβο περίθλασης ακτίνων Χ, μπορεί να βρεθεί ότι οι κορυφές περίθλασης είναι φάσης, όπου (101¯0), (0002), (101¯1) η ένταση κορυφής του δείκτη περίθλασης τριών επιπέδων κρυστάλλων είναι μεγαλύτερη. Για την αντίστοιχη μικροδομή EBSD και το πολικό διάγραμμα, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το -τιτάνιο με κλειστή εξαγωνική δομή είναι 99,2%, ενώ το -τιτάνιο με κυβική δομή στο κέντρο είναι 0,8%, το μέγεθος κόκκου είναι 50-60 μm , και υπάρχει μια σχέση Burger μεταξύ -τιτανίου και -τιτανίου. Αναλύοντας το πολικό διάγραμμα των (101¯0) και (0002), μπορεί να ληφθεί ότι η υφή του επιπέδου βάσης είναι ισχυρή με μέγιστη τιμή 6,85 και η γωνία μεταξύ της διεύθυνσης ND (εγκάρσια πλάκα) και του κόκκου είναι μικρή , η οποία μπορεί να ληφθεί από την κυλινδρική υφή της πλάκας {101¯0} και η πλάκα έχει ισχυρή υφή κατά την κατεύθυνση RD (κατεύθυνση κύλισης).
2.2 Ανάλυση εφελκυσμού
Η καμπύλη διαδικασίας εφελκυσμού του φύλλου καθαρού τιτανίου TA1 μπορεί να χωριστεί σε τρία στάδια. Το πρώτο στάδιο είναι το αρχικό στάδιο. Σε αυτό το στάδιο, η πλαστική παραμόρφωση του δείγματος εφελκυσμού είναι κυρίως ολίσθηση και δημιουργείται ένας μικρός αριθμός εξαρθρώσεων και η καμπύλη εφελκυσμού είναι ομαλή. Το δεύτερο στάδιο είναι το στάδιο ενίσχυσης, στο οποίο η οριακή τάση κόκκου στη δομή είναι μεγαλύτερη από την τάση στο κρίσιμο δίδυμο και η πλαστική παραμόρφωση εμπλέκεται από κοινού από το δίδυμο και την ολίσθηση. Επειδή το δίδυμο όριο μπορεί να διαιρέσει τον κόκκο, το μήκος ολίσθησης της εξάρθρωσης μειώνεται, η κίνηση της εξάρθρωσης εμποδίζεται και η συνολική επίδραση σκλήρυνσης της παραμόρφωσης του δείγματος αυξάνεται, γεγονός που είναι ο κύριος λόγος για την ταχεία μείωση του ρυθμού σκλήρυνσης παραμόρφωσης . Όταν η διαδικασία εφελκυσμού εισέρχεται στο τρίτο στάδιο του λαιμού, υπάρχει μεγάλος αριθμός διδύμων στον ιστό, η επίδραση ενίσχυσης αρχίζει να εξασθενεί και η επίδραση σκλήρυνσης της τάσης αρχίζει να μειώνεται. Επειδή υπάρχει μεγάλος αριθμός διδύμων στον ιστό αυτή τη στιγμή, ο ρυθμός μείωσης της σκλήρυνσης της τάσης είναι μικρότερος από το αρχικό στάδιο.
2.3 Φυσική σύγκριση δειγμάτων εφελκυσμού
Σε σύγκριση με το αρχικό δείγμα μετά το τέντωμα, διαπιστώθηκε ότι το δείγμα εφελκυσμού έχει σημαντική επέκταση περίπου 2,5 mm, επειδή το καθαρό τιτάνιο έχει καλή πλαστικότητα, το προκύπτον κάταγμα είναι κυρίως όλκιμο, το όλκιμο κάταγμα θα έχει εμφανή πλαστική παραμόρφωση στη μακρομορφολογία πριν από το κάταγμα, το όλκιμο κάταγμα είναι μια αργή διαδικασία δακρύρροιας, η οποία οφείλεται στο ότι μετά το σχηματισμό ρωγμών στον ιστό, η διάδοση των ρωγμών απαιτεί συνεχή κατανάλωση ενέργειας. Υπό τη δράση της εφελκυστικής τάσης, οι μικροπόροι στον ιστό θα συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν μικρορωγμές και στη συνέχεια οι ρωγμές θα συνεχίσουν να διαστέλλονται, με αποτέλεσμα το κάταγμα του δείγματος.
2.4 Μικρομορφολογία θέσης κατάγματος
Αφού σπάσει το δείγμα εφελκυσμού, εμφανίζεται ένας μεγάλος αριθμός διδύμων στη μικροδομή και τη μεταλλογραφική δομή στη θέση θραύσης (θέση Α) και το μέγεθος της ισοαξονικής φάσης της οργάνωσης μειώνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή οι κόκκοι στη δομή της πλάκας θα σπάσουν κατά τη διαδικασία τάνυσης. Υπό τη δράση της εξωτερικής δύναμης, οι ισοαξονικοί κόκκοι θα παραμορφωθούν και θα καταστραφούν και θα τεντωθούν κατά την κατεύθυνση της εξωτερικής δύναμης. Η αδελφοποίηση εμφανίζεται τοπικά στην αρχή, και η αδελφοποίηση αυξάνεται και η πυκνότητα αυξάνεται με την αύξηση της παραμόρφωσης. Ο σχηματισμός διδύμων προκαλείται από διάτμηση κατά μήκος του κρυσταλλικού επιπέδου (101¯2) όταν ο μητρικός κόκκος υποβάλλεται σε δύναμη συμπίεσης κάθετη στον άξονα c ή δύναμη τάσης παράλληλη προς τον άξονα c, δηλαδή, ο κόκκος θα περιστρέφεται γύρω από την κατεύθυνση του άξονα c<101¯0>, και στη συνέχεια θα σχηματιστεί ένας νέος προσανατολισμένος κόκκος.
Η αφαίρεση διπλού έχει μεγάλη επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες της λαμαρίνας και επίσης έχει μεγάλη επίδραση στο μέγεθος των κόκκων, το οποίο αντανακλάται κυρίως στους λεπτούς κόκκους. Όταν ο αριθμός των διδύμων φτάσει σε μια ορισμένη τιμή, θα σχηματιστούν δευτερεύοντα δίδυμα στον πρώτο δίδυμο κρύσταλλο. Καθώς ο αριθμός των διδύμων συνεχίζει να αυξάνεται, θα υπάρχει παράδοση μεταξύ των διδύμων και του ορίου των κόκκων και μεταξύ των διδύμων, και το όριο των διδύμων θα έχει αποτέλεσμα κοπής στους κόκκους (θέση Β), με αποτέλεσμα τη μείωση του μεγέθους των κόκκων και μια επίδραση αραίωσης στους κόκκους στον οργανισμό.
2.5 Μικροδομή θραύσης εφελκυσμού
Η μικροδομή του δοκιμίου εφελκυσμού αποτελείται κυρίως από λακκάκια. Κατά τη διαδικασία εφελκυσμού του δείγματος, η αναντιστοιχία που προκαλείται από την ταχεία καταπόνηση ή η συγκέντρωση τάσεων που προκαλείται από την εξάρθρωση στον ιστό οδηγεί στη δημιουργία πυρήνων μικροπόρων. Με την πρόοδο της διάτασης, η δύναμη απώθησης του εξαρθρήματος μειώνεται γρήγορα και στη συνέχεια ωθείται στους μικροπόρους, με αποτέλεσμα την επανενεργοποίηση της πηγής εξάρθρωσης και το σχηματισμό νέου εξαρθρήματος, το οποίο εισέρχεται συνεχώς στους μικροπόρους και κάνει τους μικροπόρους να μεγαλώνουν. . Ένας μεγάλος αριθμός μικροπόρων τελικά συσσωματώνεται στο κάταγμα και αφήνει ίχνη για να σχηματίσει λακκάκια [5]. Επιπλέον, επειδή το δείγμα καθαρού τιτανίου TA1 θα έχει δίδυμα κατά τη διαδικασία τάνυσης και το δίδυμο όριο θα εμποδίσει την κίνηση της εξάρθρωσης, τα δίδυμα στον ιστό και οι κόκκοι που διαιρούνται με το δίδυμο όριο θα γίνουν νέες μονάδες παραμόρφωσης και η νέα παραμόρφωση Οι μονάδες θα εξελιχθούν σταδιακά σε μονάδες θραύσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διάτασης έως θραύσης, γεγονός που οδηγεί σε μικρότερα λακκάκια στο κάταγμα του φύλλου καθαρού τιτανίου TA1. Το μέγεθος του βαθουλώματος είναι επίσης ένα από τα χαρακτηριστικά της ομοιόμορφης παραμόρφωσης του υλικού.
3. Τελικές παρατηρήσεις
(1) Στη μικροδομή της πλάκας καθαρού τιτανίου TA1 κυριαρχεί η ισοαξονισμένη φάση και υπάρχει ένα ίχνος διακρυσταλλικής φάσης μεταξύ των ισοαξονικών φάσεων. Οι κορυφές περίθλασης της περίθλασης ακτίνων Χ είναι όλες φάση. Η ανάλυση EBSD δείχνει ότι το τιτάνιο της κλειστής εξαγωνικής δομής είναι 99,2%, και το τιτάνιο της κυβικής δομής με κέντρο το σώμα είναι 0,8%, το οποίο μπορεί να ληφθεί από το πολικό διάγραμμα. Η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης ND και του κόκκου είναι μικρή και η υφή της πλάκας είναι έντονη κατά μήκος της κατεύθυνσης RD.
(2) Διαδικασία εφελκυσμού Η διαδικασία εφελκυσμού μπορεί να χωριστεί σε τρία στάδια: αρχικό στάδιο, στάδιο ενίσχυσης, στάδιο συστολής λαιμού.
(3) Η μορφολογία θραύσης των δειγμάτων εφελκυσμού αποτελείται κυρίως από λακκάκια.
