冷軋鈦板材剪切帶的形成

剪切帶經(jīng)常出現(xiàn)在沖擊、液態(tài)壓縮、高速成形以及機(jī)械加工中，該區(qū)域通常承受很高的應(yīng)力，會(huì)造成災(zāi)難性的斷裂破壞。為了分析剪切帶的形成原因，澳大利亞學(xué)者研究了鈦板在冷軋條件下剪切帶的形貌演變，并對(duì)剪切帶中的硬度分布進(jìn)行了重點(diǎn)分析。實(shí)驗(yàn)原料為100 mm×100 mm×12 mm的2級(jí)工業(yè)純鈦板。鈦板經(jīng)退火處理后進(jìn)行冷軋，軋制速度為16 m·min－1，以3 s－1的應(yīng)變速率沿同一軋向使厚度由12 mm減小到2 mm，道次減薄量為8.3%。對(duì)每道次變形后的板材取橫向樣觀察組織。SEM研究發(fā)現(xiàn)，軋制變形的早期階段，邊緣板材一邊變形較大，然后以剪切變形方式擴(kuò)展到板材內(nèi)部。隨變形量增加，大變形區(qū)變大，剪切變形方向與軋制方向大約呈40°交角，而且在變形較劇烈的晶粒中有孿晶形成。當(dāng)軋制變形量為50%時(shí)，剪切帶與軋制方向大約呈45°角(剪切帶寬度約為8 μm)，局部剪切帶中形成高密度的變形孿晶。當(dāng)軋制變形量在58%～67%之間，剪切帶迅速萌生及擴(kuò)展。當(dāng)軋制變形量為83%時(shí)，剪切帶寬度大約為25 μm，有亞晶界形成，但并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)孔洞的形成。TEM研究發(fā)現(xiàn)，隨變形量增加(33% ～83%)剪切帶內(nèi)部晶粒首先呈現(xiàn)拉長(zhǎng)狀態(tài)，然后細(xì)化，最終形成納米晶粒(平均尺寸大約為70 nm)。晶粒大小變化可分為3個(gè)階段:第一階段(0～33%)，隨變形加劇等軸晶粒變形拉長(zhǎng)(晶粒大小約為60 μm);第二階段(33% ～50%)，局部剪切帶逐漸形成，晶粒形貌有球化趨勢(shì);第三階段(50%～80%)，局部剪切帶逐漸擴(kuò)展，晶粒緩慢減小。微觀硬度研究表明，由于剪切帶內(nèi)部晶粒發(fā)生細(xì)化，此剪切帶內(nèi)部硬度高于周?chē)M織的硬度。最后從理論上討論了局部剪切帶在變形中的溫升現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)晶粒細(xì)化的機(jī)制屬于動(dòng)態(tài)回復(fù)，而不是動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。