TiA1+基合金微观变形及显微结构对屈服应力的影响.pdf

第5 2 卷第3 期 2000 年8 舅 商色金属 N O N F E R R O 璐M E T A L S V o l5 2 ．N o3 o 娶盘200 O T i 趟基合金微观变形 及显微结构对屈服应力的影响 杨晓华1 ，梁伟2 J 杨德庄3 1 ．福州大学材，斟学烧，福州3 5 0 0 0 2 2 太原理王大学测试中心，太原0 3 0 0 2 4 3 ，哈尔滨工照大学盘瘸材料及熟处理教研室，哈尔滨1 5 0 0 0 1 攘 要分析了垒层片多晶体T i A I 基台金的几种可船的徽飒变形模式弪显擞禳梅对屈浆鼗力的影响。崔她基磕上推导出 垒整艿雾晶瘁T t 越鏊奢盘室潼下属菔摩力霸晶粒壹轻d 彗王囊层冀搦艇i 翦关系，攀襄示舞d ，。 一k o 一4 k 4 。萁串 品粒R 寸对屈服应力荫影响比层片筒鞭显著得多。 关键词T i A l 基裔金，屈服应力．晶粒尺寸 中鼯分类号T G l 4 6 ．2 文献橼识羁A 文章编号1 0 0 1 一0 2 H 2 嘎 o 0 3 0 0 7 4 0 2 全层片多晶体T i A l 基合金是由任意取向的层 片团或晶粒组成。在每个晶粒中y T i A l 屡片与 ～T i v M 鼷片竣潼定瓣取囱关系撵翻“一。近年 来，尤其是T i A l 基合金P s T 0 0 l y s y n t h e f i c a 坶 t w i n n e d 晶体出现以后．对这种层片结构的变形行 为毒了深入的了解，程P S T 晶体实验数据的基础 上，对多晶体层片T t 献基舍金赛形与断裂行为还 用数值模拟方法进行了研究。。同时，晶救尺寸 靼层片闻蹬的作用仍然受到关注。 本文分析了全瑶片多晶体T i A l 基舍金豹几种 可能的微观靼性变形模式。在这种合金特定的变形 微观机制慕础上，对其厕服应力岛晶粒尺寸和层片 瓣距雏关系送行了攫警， 1 T i ～基合金的微观塑『腿变形模式 簪} 究表瞑多晶转双捆T i A I 蘩食盎孛的7 鞠是 通过普通位谮的滑移和相变孪生不能进行一般的形 状改变，敞在晶界上不满足连续变形的条件“。 砖于全层，警双摇髓A l 蒺合金，将一个层片爨嚣非 一个晶粒，在层片团嚣面上同样也不能进行连续变 形。然而，襁一个层片团中，y 层片间保持特定的 取向关系。这些} 层片以6 种可熊的取向，3 种可 麓静界面存在。通过遮塑，层片莽蕊壶普通钕错滑 移和相变攀生可以进行协调塑性变形。几种特定的 变形模式在压雏变形的全层片双棚T i A l 基台盎中 蠡T E M 分耩辑褥嚣o ；分糖表翡，在7 整冀器西 收稿日期1 9 9 9 0 9 0 7 ；修厕日期1 9 9 9 一1 0 1 9 { 乍者简介扬晓华 1 9 6 4 一 。女．剐教授．博士 沿 叭1 】方向的剪切应变可以通过普通位错滑移和 形变孪生的共同作用实现，而一般形状的y 晶体则 不爨。 在两个相邻层片y ，和y 』这两个层片为粪攀晶 燕系 之间，有两种变形微观机制可使相同的剪切 簌交在嚣个鞠邻层冀巾产生。翔象层片界瑟平行 H 1 ，平掰，这两种燮形机制为 3 1 ／6 1 l 强。 1 ／2 [ 1 l o b i 吗x 1 ／6 [ 1 l 孔， 0 ／2 【1 1 ％， 1 1 皿 【l l O k 一{ V 2 I H ％， 圆 1 式所表示的变形在 1 1 1 ，．面上沿[ 1 0 m 方向发生 并与界面相变；在 1 1 1 。蕊上沿【l O l X ，方向发擞与 箨蟊槎交；邀样，慧剪臻瘟变方两平行手瑟o l t ．凌 【1 0 l b ，。类似的变形在 1 1 1 h 和 1 1 1 n 面上产生，使 总翦切应变平行于【0 1 l k ．或[ o l l 】” 2 式所表承的 变形在￡l l { 。嚣上潦【l l 锈。方自发擞岛赛垂攘突； 谯 1 1 1 。面上沿1 1 1 ％，方向发生岛界面相交．这 时，总剪切成嶷方向平行于【1 1 ％．或【1 1 ％，。 鳃暴露个楣邻层t 弩7 ，襄y 为镌挛晶关系，媳有 两种变形微观机镧可使栩邻层片中产生相同酌剪切 废变，保证y 层片界面上变形的连续性．如果腻片 界蕊平行于 1 1 1 ，蟊，这两静变形微观枧割为 2 1 ／2 f 1 1 ％。一3 x 0 ／q 1 1 2 ] h i 疆i l 翻h 3 3 1 ／6 【1 1 孔． 1 ／2 【1 1 0 】h 一3 1 ／6 【1 l 孔， 1 胆X l l o k 、 4 当层冀蠲兔1 2 0 。旋转李晶关系辩，如果忽略了7 棚微弱的正方度，在不同的y 层片中滑移和挛擞面 蕊相平行，剪切应变的方向可以平行也可以不平行 万方数据 第3 期杨晓华等T i A l 基台金微观变形及显徽结构对屈服应力的影响 7 5 于界面。如果层片界面平行于 1 1 1 。面，两种在界 面上产生连续变形的微观机制为 2 1 ／2 【1 1o 】，．一3 1 ／6 [ 1 l 孔， 1 ／2 [ 1 1 0 ] 。 5 2 1 ／2 【1 l o ] ，．一3 1 ／6 【1 1 2 ] h 1 ／2 [ 1 1 0 ] ， 6 式 5 与 6 的不同之处在于 6 式所对应的总剪 切应变方向平行于层片界面，而 5 式所对应的 总剪切应变方向不平行于层片界面。然而，当层 片间属于真孪晶或伪孪晶关系时，总的剪切应变方 向总是平行于层片界面．如式 1 ～ 4 所示。 2T i 越基合金屈服应力与晶粒大小和 层片间距的关系 儆l 基合金P s T 晶体的屈服应力与层片间距 之间符合H a l l P a t c h 关系o 。设k 。是加载方向和 层片界面夹角≯的函数，当∞ 9 0 0 。和4 5 。 时，k 。分别为0 ．5 0 M P a m ”、0 4 1 M P a m , a 和 0 ．2 7 M P a m , a 。然而，在全层片多晶体T i A I 基合 金中，晶粒尺寸对屈服应力的影响非常显著，k 。值 可高达5 M P a m l 口。不同结构的7 相的变形机制 不同造成了它们的k 。值的明显差异。 在每个y 层片中，由于取向差还可看到更细小 的7 区，这些y 区的界面中只存在1 2 0 。旋转挛晶 界面。。因而当应力在口 4 5 。方向时，P S T 晶体 中的连续变形很容易通过沿层片界面滑移或在y 层 片中以式 5 和 6 所示的变形模式来实现。界 面对晶体变形的约束小表现为弱的H a l l P e r c h 效 应和小的k 。值。当应力来自口 0 。方向时，变形 约束也来自于层片界面．三种y ／y 界面 真孪晶、 伪孪晶、1 2 0 。旋转孪晶 处的连续变形可通过式 1 至 6 所示的变形模式实现。另外，7 忙 界面处的连续变形可通过d 层片在它的棱柱面上 发生的剪切变形实现。当应力以≯ 9 0 6 方向施加 时，仅通过普通位错的滑移和孪生不能保证真孪晶 和伪孪晶7 一界面及7 肛界面变形的连续性。然 而，除了这两种界面还存在一定数量的1 2 0 。旋转 孪晶界面。1 2 0 。旋转孪晶界面、真孪晶和伪孪晶 界面的数量分别为1 6 、3 8 和1 0 。’。在屈服点，应 变量非常小．变形很可能主要集中在具有1 2 0 。旋 转孪晶界面的7 层片中。如果屈服应力定义为％。 这些y 层片中至少应该产生的应变量为0 ，2 1 6 3 8 1 0 ／1 6 0 ．8 。因而，在0 9 0 。时测得的屈服 应力比口 0 。时大的多。然而，≯ 9 0o 时，1 2 0 。 旋转孪晶界面对变形的约束与≯ 0 。时三种界面 对变形的约束基本相同。所以，屈服应力与层片间 距的关系或k 。值在这两种情况下近似相等。 对于全层片T i A l 基合金，晶粒或层片团的取 向是任意的。如上所述，晶界处的连续变形不能保 证，晶界对变形的约束很强烈，所以k 。值很大。 广义上讲．取一个层片团近似看成一个单晶，这个 单晶具有的变形系统的变形方向为3 1 ／6 【l l 巩． 1 ／2 1 1 1 0 ] y ．或 1 ／2 [ 1 1 叽，平行于层片界面 如 1 面 ，则全层片多晶体合金的屈服应力可表 示为 O - ， 口∞ 盘。酊岍 7 其中以是层片团的尺寸；口。是层片团的屈服应 力，近似等于l a S T 晶体的屈服应力即 口№ 仃o 足记丑叫4 8 其中z 是平均层片阉距。综合上述分析可得 口， d o k o 一1 胆 k 。酊啦 9 从以上分析可以看出，k 。．的值远远小于k 。 这说明对全层片多晶体T i A l 基合金，层片团尺寸 对屈服强度的影响远远大于层片间距的影响。 3结论 在全层片多晶体T i A l 基合金中。每个层片团 P S T 晶体 可以看成是一个特殊的单晶体，它的 变形方向平行于层片界面。室温下，全层片多晶体 T i A l 基合金的屈服应力与层片间距及层片团尺寸 的关系符合H a l l P a t c h 关系，其表达式为 仃y 盯o 七儿 一啦 盘F 酊啦 其中，层片团尺寸对屈服应力的影响比层片闻距显 著。 参考文献 K i mYWJM i n eM e tM a W rS o c ，1 9 9 4 , 4 6 3 0 K i l nJY ，H a h nYD ，W b a n gSH ．S c r i p t aM e t a nM a t e r , 1 9 9 1 ，2 5 5 4 3 K a dB K ，D a o M ，A s a r oRJ ．P h ；l o s M a g , 1 9 9 5 ，7 1 A 5 6 7 梁伟，李强，杨德庄．金属学报，1 9 9 7 , 3 3 2 9 2 粱伟，杨德庄．金属学报．1 9 9 7 ，3 3 6 9 0 U m a k o s h iY ’N a k a n oTA c t aM e t a l lM a m r , 1 9 9 3 ，4 1 1 1 5 5 I n u iH ，N a k a m u r aA ，o hMH ，Y a m a g u c h iM ．P t dM a g ，1 9 9 2 ，6 6A 5 5 7 l 融p ．7 9 衙岫曲s a - a c t 万方数据 c af r o mp ．7 5 8 Z g h a lS ，N a k aS ，C o u r e tAA c t aM 喊1 9 9 7 ，4 5 3 0 0 5 M I C R oD 圈F D R M A ．1 1 【o NM 【0 嘎 E SA N D 日F I 咂C ro FM I c R O S T R U C r U R Eo NY 皿L D s r I R E S So F F U L L YI ．A 皿珏J ．A EP o L Y C R Y S T A I J J N E 砸A l B A S EA 【工o Y Y A N G 皿∞耐．L ／A N G 矸霄．Y A N GD 蚋岍矿 “S c h o o lo fM d t e d a l sS d e n c e 矾dT 酏J T r , a l o g y , F u z h a u 【肺哪d 吼F u z h 删3 5 0 0 0 2 ； 2C e n t r eo fT e a l i w 蒯M a 口s u n n g , T a i y u a nU n i v e r s i t yo fT b d m o l o g y , T c c i y u c m0 3 0 0 2 4 , 3H 抵1 1 日t i t u t eo fT e c b d o g y , H 枷I 舶0 0 1 A 联y I R A C r T h er 1 1 i c r od e f o r m a t i o nm o d e sa n dt h ee f f e c to fm i c r o s t r u c t u r eo ny i e l ds t r e s so ff u l l yh m e l l a e p o i y a y s t a l l i n eT i A l 一b a s ea l l o ya 1 “ es t u d i e di n t h i sp a p e r ．B a s e do nt h ea n a l y s e sa b o v et h er e h t i o n s h i pb e - t w e e mt h e y i e l ds t ∞a n dc o l o n y s i z eda n dh m d l a r s p a r i n g i s d e r i v e d ∞f o l l o w s O - y o - o 七，L 1 拉 良* 圻，T h ec o l o n ys i z es h o w sam u c hs t r o n g e re f f e c to ny i e l ds t e 鼹t h a nt h eh m e l l a r s p a c i n gd o e s ． K E YW O R D ST i A l 一b a s ea U o y ；y i e l ds t r e s s ；g r a i ns i z e 万方数据