具有HCP結構的α鈦及其合金具有比強度高，耐腐蝕性能好及綜合力學性能優良等諸多優點，因而被廣泛應用于航空航天、船舶及兵器工業等領域[1]。但是該類材料在強沖擊作用下進行高應變速率塑性變形時的絕熱剪切敏感性較大，容易形成動態裂紋并導致破壞[2]。眾多研究人員從材料的宏觀參數特性的角度分析，認為其主要原因是，①塑性變形時的流變應力水平會隨著隨溫度升高顯著下降;②塑性變形時的應變硬化效果較差;③鈦本身的熱導率較低[3-5]。其中，α鈦的宏觀應變硬化行為主要取決于兩種微觀塑性變形機制，滑移和孿生，之間的相互作用與協調[6]。因此，塑性變形過程中的環境溫度和應變速率會通過影響滑移和孿生行為改變α鈦的宏觀力學性能。
孫巧艷等通過測量工業純鈦在液氮中(-196℃)準靜態變形時的屈服強度以及統計塑性變形各階段的孿晶分數，發現變形溫度的降低會顯著提高屈服強度并在均勻塑性變形的初期階段(εp=5.8%)使50%的晶粒發生孿生變形[7]。若將此實驗結果與Ayman等提出“HCP鈦中變形孿晶的增殖能夠提高應變硬化速率”[8]的結論相結合，可以合理的推測低溫下純鈦塑性變形初期階段的應變硬化率會因變形孿晶的大量形成而提高。此推論預示著應變速率的提高也將影響純鈦變形組織的孿生行為并改變材料的應變硬化效應，這是因為變形溫度的降低和應變速率的提高都會使位錯運動的阻力增大，從而使材料的宏觀力學性能向著相同的方向變化[9]。
本文作者在對工業純鈦Gr2準靜態和動態變形組織中的孿生類型進行標定并結合應力狀態進行統計分析后發現，孿生系的開動需要滿足特定應力條件，且應變速率對其臨界分切應力值無顯著影響[10]。因此，與準靜態變形相對比，應變速率提高導致流變應力增大會改變組織中的孿晶分數和材料應變硬化行為。本研究通過對比工業純鈦Gr2的動態和準靜態應力應變曲線，統計變形過程中孿晶分數，由此探討應變速率提高對孿生組織特征和宏觀力學性能的影響，并對作用機制進行分析。
1 實驗
本研究使用的材料是由寶雞鈦業根據ASTM標準B348-10生產的工業純鈦Gr2熱軋棒材，其直徑為30mm。原始組織為晶粒尺寸30μm的等軸組織，并含有少量退火孿晶。壓縮變形試樣為Φ5mm×5mm圓柱，加工軸向與原始棒材軸向平行，外圓車削精度控制在±0.015mm，兩端面磨至1000#砂紙
聲明：
“工業純鈦高速變形過程中的孿生強化效應” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：北京有色金屬研究總院、有色金屬材料制備加工國家重點實驗室
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2025年08月07日 ~ 09日 
