發(fā)布時間：2017-11-20 05:31

  本文關(guān)鍵詞：氫致純鈦彈塑性變形機制研究

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【摘要】：考慮到氫原子的原子半徑特別小,只要外界的條件有所變化,氫原子在金屬體系中通常處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。考慮到鈦合金的儲氫能力比較大,氫原子存在的方式和形態(tài)就出現(xiàn)多樣化。另外,涉及到氫原子和鈦原子中位錯,缺陷等作用就更為復(fù)雜。很多國內(nèi)外學(xué)者嘗試對鈦氫體系中的氫原子微觀作用做系統(tǒng)性的研究,但是由于實驗所得的結(jié)果都存在著有爭議的地方�？傮w而言,氫致塑性的微觀理論還不是特別完善,進而對熱氫處理技術(shù)的發(fā)展也是有所限制。本文主要是從三個方面來研究鈦氫體系中氫與鈦微觀的作用機理。第一部分通過第一性原理對Ti-H體系的基本物理量進行模擬。第二部分通過內(nèi)耗和模量的測試揭示Ti-H體系彈性和內(nèi)耗機制。最后一部分主要研究氫在拉壓變形中起的不同作用。第一性原理模擬結(jié)果表明:氫原子在α相和β相中更傾向于占據(jù)八面體間隙,因為氫原子固溶于八面體間隙的溶解熱的絕對值大于四面體間隙的溶解熱。間隙氫原子溶入α-Ti造成體系的晶格畸變,程度與氫含量正相關(guān),意味著氫在α-Ti中固溶度有限。晶體畸變進一步增大,晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn),晶體結(jié)構(gòu)有從hcp向bcc轉(zhuǎn)化趨勢,揭示了氫致相變。對于Ti-H電子結(jié)構(gòu)的研究中,費米能級處新能帶的出現(xiàn)原因是H原子的1s軌道電子與最近鄰的鈦原子3p,3d和4s軌道電子作用。而對于α-Ti,H的加入使得集居合數(shù)和最鄰近鈦原子的電子密度下降,氫致α-Ti弱鍵。而對于β-Ti,H的加入使得集居合數(shù)和最鄰近鈦原子的電子密度增加,氫致β-Ti強鍵。同時,Ti-H體系中,體積模量與氫含量正相關(guān),α-Ti中剪切和楊氏模量與氫含量負相關(guān)。β-Ti中剪切和楊氏模量與氫含量的增加正相關(guān)。氫對于0001晶向的α相的軟化效果比較明顯。內(nèi)耗實驗顯示在高溫區(qū)晶界弛豫內(nèi)耗峰Pb和再結(jié)晶內(nèi)耗峰P0與氫含量的反相關(guān),與預(yù)變形程度正相關(guān)�；貜�(fù)內(nèi)耗峰與氫含量正相關(guān)恰好說明顯示了氫抑制再結(jié)晶和氫促進回復(fù)。隨著氫含量的增加,位錯與點缺陷作用引起的內(nèi)耗峰P1和氫與位錯產(chǎn)生內(nèi)耗峰P2越明顯,從而揭示氫促進位錯的運動。溶質(zhì)原子與位錯內(nèi)耗峰P4峰與氫含量負相關(guān),說明氫含量升高,位錯與溶質(zhì)原子的釘扎作用減弱。氧原子引起的斯諾克內(nèi)耗峰與氫含量成正比,說明氫致擴散。在α單相,β單相和α+β雙相區(qū)彈性模量的測量,實驗證實了氫致α-Ti彈性模量下降和氫致β-Ti彈性模量上升,并構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型。對于氫致多晶塑性機制的探索,采取高溫壓縮和高溫板材拉伸實驗,通過對試樣進行高溫變形,研究不同置氫量對拉壓屈服強度和穩(wěn)態(tài)應(yīng)力的變化,明確氫在拉壓變形不同階段起的不同作用。利用金相顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡等分析組織變化。在高溫壓縮過程中,穩(wěn)態(tài)應(yīng)力值和屈服強度隨著置氫量的增加而下降,根據(jù)力學(xué)性能特征可以發(fā)現(xiàn)氫能促進位錯運動,動態(tài)回復(fù),抑制動態(tài)再結(jié)晶。而在實驗中發(fā)現(xiàn)氫致α相向β相轉(zhuǎn)變是氫致塑性的重要因素。在高溫拉伸過程中,斷裂應(yīng)力值和屈服強度隨著置氫量的增加而下降,但是拉伸延伸率不與氫含量正相關(guān),對于高溫拉伸變形存在最佳置氫量和溫度,分別為0.09wt.%和923K。最后,造成拉伸壓縮力學(xué)性能產(chǎn)生區(qū)別的因素在于壓縮和拉伸過程中氫致局部軟化作用產(chǎn)生了不同效果。另外,氫對各個晶體取向上的力學(xué)性能的取向是有區(qū)別的。氫對于0001晶向的α相的軟化效果比較明顯。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23

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本文編號：1206281