具有HCP结构的α钛及其合金具有比强度高，耐腐蚀性能好及综合力学性能优良等诸多优点，因而被广泛应用于航空航天、船舶及兵器工业等领域[1]。但是该类材料在强冲击作用下进行高应变速率塑性变形时的绝热剪切敏感性较大，容易形成动态裂纹并导致破坏[2]。众多研究人员从材料的宏观参数特性的角度分析，认为其主要原因是，①塑性变形时的流变应力水平会随着随温度升高显著下降;②塑性变形时的应变硬化效果较差;③钛本身的热导率较低[3-5]。其中，α钛的宏观应变硬化行为主要取决于两种微观塑性变形机制，滑移和孪生，之间的相互作用与协调[6]。因此，塑性变形过程中的环境温度和应变速率会通过影响滑移和孪生行为改变α钛的宏观力学性能。
孙巧艳等通过测量工业纯钛在液氮中(-196℃)准静态变形时的屈服强度以及统计塑性变形各阶段的孪晶分数，发现变形温度的降低会显著提高屈服强度并在均匀塑性变形的初期阶段(εp=5.8%)使50%的晶粒发生孪生变形[7]。若将此实验结果与Ayman等提出“HCP钛中变形孪晶的增殖能够提高应变硬化速率”[8]的结论相结合，可以合理的推测低温下纯钛塑性变形初期阶段的应变硬化率会因变形孪晶的大量形成而提高。此推论预示着应变速率的提高也将影响纯钛变形组织的孪生行为并改变材料的应变硬化效应，这是因为变形温度的降低和应变速率的提高都会使位错运动的阻力增大，从而使材料的宏观力学性能向着相同的方向变化[9]。
本文作者在对工业纯钛Gr2准静态和动态变形组织中的孪生类型进行标定并结合应力状态进行统计分析后发现，孪生系的开动需要满足特定应力条件，且应变速率对其临界分切应力值无显著影响[10]。因此，与准静态变形相对比，应变速率提高导致流变应力增大会改变组织中的孪晶分数和材料应变硬化行为。本研究通过对比工业纯钛Gr2的动态和准静态应力应变曲线，统计变形过程中孪晶分数，由此探讨应变速率提高对孪生组织特征和宏观力学性能的影响，并对作用机制进行分析。
1 实验
本研究使用的材料是由宝鸡钛业根据ASTM标准B348-10生产的工业纯钛Gr2热轧棒材，其直径为30mm。原始组织为晶粒尺寸30μm的等轴组织，并含有少量退火孪晶。压缩变形试样为Φ5mm×5mm圆柱，加工轴向与原始棒材轴向平行，外圆车削精度控制在±0.015mm，两端面磨至1000#砂纸
声明：
“工业纯钛高速变形过程中的孪生强化效应” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：北京有色金属研究总院、有色金属材料制备加工国家重点实验室
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2025年07月09日 ~ 11日 
