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退火纯钛准静态/动态强迫剪切力学行为与微观组织演变研究

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退火纯钛准静态/动态强迫剪切力学行为与微观组织演变研究

作者：朱志成中南大学

学位级别：硕士

纯钛作为一种绝热剪切敏感性材料,除对低应变率下的准静态性能及微观机理有清晰的认识之外,有必要深入研究高应变率下的绝热剪切行为。绝热剪切带的微观组织演化机制是材料领域的研究重点之一,然而目前关于剪切带内超细晶的形成过程缺... 详细信息

纯钛作为一种绝热剪切敏感性材料,除对低应变率下的准静态性能及微观机理有清晰的认识之外,有必要深入研究高应变率下的绝热剪切行为。绝热剪切带的微观组织演化机制是材料领域的研究重点之一,然而目前关于剪切带内超细晶的形成过程缺乏充足的实验证据,具体的再结晶机制仍存在争议。此外,密排六方金属通常呈现出较强的各向异性,材料的初始取向对绝热剪切行为可能具有一定的影响。因此,本文以退火纯钛板材为初始材料,沿板平面轧向(RD)和横向(TD)制取帽型试样,分别使用万能试验机与分离式霍普金森压杆对帽型试样进行准静态与动态加载至不同变形量,分析并对比了准静态与动态强迫剪切变形力学行为及其各向异性。采用光学显微镜、电子背散射衍射及透射电子显微镜等表征手段,探究了纯钛准静态与动态强迫剪切变形微观组织及织构演变的异同,同时分析了初始取向对微观组织及织构演变的影响。主要结论如下:(1)退火纯钛板材的初始组织为尺寸分布不均匀的等轴晶粒,RD试样大部分晶粒具有或平行于加载方向的主要取向,TD试样晶粒具有平行于加载方向的弱取向;初始取向的差异导致准静态与动态力学行为表现出规律一致的各向异性:RD试样的屈服应力低于TD试样,但峰值应力略高于TD试样。对比动态与准静态力学曲线表明:动态加载的屈服应力和峰值应力均显著高于准静态加载,表现出明显的应变率强化效应,同时力学行为各向异性更为显著。(2)纯钛准静态与动态强迫剪切变形均集中在帽型试样豁口连接处的剪切区域;剪切区域变形分布不均匀,底部豁口较顶部豁口变形更严重。准静态试样剪切区域内晶粒在多次孪生交割细分以及随后沿剪切方向拉长细化的协同作用下,形成了拉长的窄带状组织和破碎的细小晶粒;动态试样剪切区域发生变形局部化,早期形成密集的孪晶/基体层片状组织,然后沿纵向分裂和横向破碎形成细小的亚晶,最后旋转形成拉长或等轴的超细晶(绝热剪切带形成),随后的变形过程中超细晶粒发生了粗化。(3)初始取向通过影响孪生行为从而影响准静态变形剪切区域的微观组织演化:变形初期,RD试样主要形成{1012}拉伸孪晶,TD试样主要形成{1122}压缩孪晶和{1012}拉伸孪晶;{1012}拉伸孪晶变体发生粗化与合并,{1122}压缩孪晶变体发生交割。故而TD试样较RD试样更早发生孪生交割细化晶粒,最终剪切区域中心的晶粒细化程度更显著。初始取向对动态变形绝热剪切带的形成及演化亦有一定的影响:TD试样较RD试样的绝热剪切敏感性更强,更早形成绝热剪切带,随后变形过程中剪切带内超细晶发生粗化更明显,最终剪切带内的平均晶粒尺寸更大。(4)纯钛准静态与动态变形剪切区域微观组织演化的差异导致织构演变有明显区别:准静态变形剪切区域中心晶粒取向受多次孪生以及剪切应变的影响,大部分晶粒c轴趋向于剪切面法向(SPN)方向偏转,形成了强织构;TD试样较RD试样的取向偏转更显著,大部分晶粒的方向平行于SPN方向。动态变形剪切区域中心形成绝热剪切带,剪切带内晶粒取向存在区域性差异,随后变形过程中晶粒发生定向转动,最终形成了与初始取向无关的织构特征:晶粒的方向平行于剪切方向,{1010}面平行于剪切面。图75幅,表2个,参考文献120篇

关键词：纯钛强迫剪切初始取向绝热剪切带微观组织

纯钛表面淫羊藿苷/TiO_2纳米管复合涂层制备与药物早期释放的分析

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中国组织工程研究 2016年第43期20卷 6416-6423页

作者：王非凡宋云嘉吴文孟吕武龙李莺李长义天津医科大学口腔医学院天津市300070 越南太平医科大学越南太平省33000

背景:对纯钛进行表面改性,提高钛种植体早期骨结合能力是目前研究的热点。目的:在TiO_2纳米管表面加载淫羊藿苷形成复合涂层,研究其载药量及早期释放规律。方法:通过阳极氧化在光滑纯钛表面形成TiO_2纳米管,用扫描电镜、原子力显微镜、... 详细信息

背景:对纯钛进行表面改性,提高钛种植体早期骨结合能力是目前研究的热点。目的:在TiO_2纳米管表面加载淫羊藿苷形成复合涂层,研究其载药量及早期释放规律。方法:通过阳极氧化在光滑纯钛表面形成TiO_2纳米管,用扫描电镜、原子力显微镜、接触角测定仪对光滑纯钛及TiO_2纳米管进行表征。通过浸泡法在纯钛及TiO_2纳米管表面加载淫羊藿苷,使用高效液相色谱法测定两种材料的早期药物释放量,计算出载药量,绘制累积释放量曲线和累计药物释放量百分比曲线。结果与结论:(1)TiO_2纳米管径为80 nm,其粗糙度大于纯钛(P纯钛(P纯钛组;与淫羊藿苷/纯钛组相比,淫羊藿苷/TiO_2纳米管组累计药物释放量百分比曲线更为平缓,释放时间更长;(3)结果表明,淫羊藿苷/TiO_2纳米管复合涂层可提供较高的药物加载量并具有缓释功能。

关键词：钛纳米管骨结合组织工程生物材料缓释材料纯钛 TiO2纳米管淫羊藿苷表征载药浸泡法药物释放缓释国家自然科学基金

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纯钛离心泵石墨型铸造工艺研究

热加工工艺 2019年第17期48卷 50-52,55页

作者：贺焱刘海涛胡博李智邓斌张卫国中国船舶重工集团公司第十二研究所

针对某化工设备用纯钛离心泵的结构特点及使用要求,进行了石墨型铸造工艺设计,采用真空凝壳炉进行了铸件生产。对铸件缩孔缺陷的原因进行了分析,改进了浇冒系统,进行了石墨型预热浇注,解决了铸件内部缺陷,最终获得了化学成分、力学性能... 详细信息

针对某化工设备用纯钛离心泵的结构特点及使用要求,进行了石墨型铸造工艺设计,采用真空凝壳炉进行了铸件生产。对铸件缩孔缺陷的原因进行了分析,改进了浇冒系统,进行了石墨型预热浇注,解决了铸件内部缺陷,最终获得了化学成分、力学性能及内部质量满足标准要求的纯钛离心泵铸件。

关键词：纯钛离心泵石墨型铸造

纯钛表面纳米化后沉积铜在润滑条件下的摩擦行为研究

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铸造技术 2023年第10期44卷 948-952页

作者：罗锦洁纪安平左都全赵英杰邓正华重庆三峡学院机械工程学院重庆404000

目前钛表面进行纳米结构化改性受到了广泛关注,但是关于钛表面纳米结构化后的摩擦学性能研究报道较少。为了改善钛的摩擦学性能,采用微弧氧化法在纯钛表面制备了TiO_(2)孔径在400 nm左右的介孔层,利用电化学脉冲沉积法将铜沉积在介孔层... 详细信息

目前钛表面进行纳米结构化改性受到了广泛关注,但是关于钛表面纳米结构化后的摩擦学性能研究报道较少。为了改善钛的摩擦学性能,采用微弧氧化法在纯钛表面制备了TiO_(2)孔径在400 nm左右的介孔层,利用电化学脉冲沉积法将铜沉积在介孔层上。通过摩擦磨损试验考察了改性层在润滑状态下的摩擦磨损行为,利用扫描电镜对改性层的表面形貌、磨损磨斑形貌进行表征。结果表明,TiO_(2)纳米介孔层对沉积铜的粒径大小、致密度具有一定影响;微弧氧化沉积铜试样的磨损机制主要表现为犁沟磨损;微弧氧化试样制备的表层铜膜具有优异的减摩性能。

关键词：纯钛沉积铜润滑摩擦

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深冷处理对纯钛表面残余应力的影响

材料热处理学报 2019年第11期40卷 148-154页

作者：薛璐玮刘平平詹倩韩文妥易晓鸥万发荣北京科技大学材料科学与工程学院

对α-Ti进行了预压缩和深冷处理,采用X射线衍射和透射电镜(TEM)等研究了深冷处理对密排六方金属钛残余应力的影响及其作用机制。结果表明:深冷处理前后密排六方金属钛无相变,深冷处理可在纯钛样品表面引入残余压应力,抵消部分原有的残... 详细信息

对α-Ti进行了预压缩和深冷处理,采用X射线衍射和透射电镜(TEM)等研究了深冷处理对密排六方金属钛残余应力的影响及其作用机制。结果表明:深冷处理前后密排六方金属钛无相变,深冷处理可在纯钛样品表面引入残余压应力,抵消部分原有的残余拉应力。

关键词：残余应力深冷处理微观结构纯钛

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纯钛切削过程氧化膜特性研究

沈阳理工大学学报 2023年第1期42卷 73-78页

作者：沈号伦孙非瑀李金泉沈阳理工大学机械工程学院沈阳110159

切削纯钛时加工表面产生的氧化膜会影响其物理性质。为探究纯钛在切削过程中的氧化膜特性,对纯钛进行单因素切削试验,观察氧化膜的形貌特征,检测其物相组成,并基于密度泛函理论的第一性原理分析氧化膜的形成机理。研究结果表明:切削表... 详细信息

切削纯钛时加工表面产生的氧化膜会影响其物理性质。为探究纯钛在切削过程中的氧化膜特性,对纯钛进行单因素切削试验,观察氧化膜的形貌特征,检测其物相组成,并基于密度泛函理论的第一性原理分析氧化膜的形成机理。研究结果表明:切削表面生成一层氧化膜,其主要由TiO2构成,随着进给量增加,TiO2的含量逐渐增多;氧化膜表面凸凹不平,波形图上相邻波峰和波谷之间的距离及高度差均随着进给量的增加而增大;切削表面产生严重塑性变形,塑性变形厚度随进给量增加而增大;纯钛发生高温氧化时,氧原子被钛原子吸附至加工表面,并与钛原子间发生电荷转移生成O—Ti共价键,其与钛原子的结合能力由表及里逐渐减弱。

关键词：纯钛氧化膜塑性变形第一性原理

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力学性能可调的高氧钛原位电弧增材制造

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 171-183页

作者：李昌远刘长猛鲁涛郭跃岭刘彬北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国运载火箭技术研究院北京宇航系统工程研究所北京100076

通过电弧增材制造原位制备高氧钛,并对高氧钛的成分偏析、显微组织和力学性能进行研究。结果表明,高氧钛试样的显微组织主要呈现为针状α相集束。随着氧含量的增加,试样针状α相逐渐变宽,集束尺寸变大。受氧的强化作用以及晶粒尺寸效应... 详细信息

通过电弧增材制造原位制备高氧钛,并对高氧钛的成分偏析、显微组织和力学性能进行研究。结果表明,高氧钛试样的显微组织主要呈现为针状α相集束。随着氧含量的增加,试样针状α相逐渐变宽,集束尺寸变大。受氧的强化作用以及晶粒尺寸效应共同影响,试样的强度先提高后下降,伸长率显著下降,断裂形式由塑性断裂向解理断裂过渡。当氧含量达到0.37%(质量分数)时,伸长率约为7%,试样抗拉强度超过730 MPa,约为商业纯钛的2倍。

关键词：电弧增材制造纯钛高氧含量显微组织力学性能

使用FUS-invest锆系牙科纯钛包埋料提高铸件的物理机械性能及精度

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上海口腔医学 2017年第2期26卷 139-145页

作者：吴金双邢鹤琳董超芳郭天文杨瑟飞中国人民解放军总医院.医学院口腔种植科北京100853 北京科技大学腐蚀与防护中心新材料技术研究院北京100083 第四军医大学口腔医学院口腔修复科陕西西安710032

目的 :评价自制FUS-invest锆系牙科纯钛包埋料铸造的纯钛铸件的物理机械性能及标准化单冠的精度。方法:制备7个厚度为0.8 mm的纯钛比例铸件。经伺服液压动态实验系统、断口扫描电镜观察及能谱分析,评价其物理机械性能。制备38个标准化单... 详细信息

目的 :评价自制FUS-invest锆系牙科纯钛包埋料铸造的纯钛铸件的物理机械性能及标准化单冠的精度。方法:制备7个厚度为0.8 mm的纯钛比例铸件。经伺服液压动态实验系统、断口扫描电镜观察及能谱分析,评价其物理机械性能。制备38个标准化单冠,实验组(FUS-invest锆系包埋料)、对照组(磷酸盐系包埋料)各19个,测量显微镜测标准化单冠边缘差异值d和铸件内壁与工作模的距离,进行铸件精度评价。采用SPSS17.0软件包对数据进行统计学分析。结果:1纯钛铸件的弹性模量为(123.5±14.2)GPa,屈服强度为(569.3±16.5)MPa,抗拉强度为(668.4±16.1)MPa,延伸率为(4.5±0.2)%;断口EDS分析除钛元素外,不同深度处可发现少量不同含量的Si元素和Fe元素,但未检测出Zr元素。2精度实验中,单因素方差分析及两独立样本t检验显示,组内标准化单冠边缘4个标记点处的测量值无显著差异(P>0.05);实验组和对照组相比亦无显著差异(P>0.05)。2组内部测量值无显著差异(P>0.05),而组内内部不同标记点间差异显著(P<0.01)。结论:虽然FUS-invest锆系包埋料铸造获得铸件的延伸率略低,但各项物理机械性能均达到临床要求。无论边缘适合性还是内部适合性,2组均无显著差异且均在临床可接受范围,2组边缘差异均值约为46μm,内部近咬合面的差异均值约为56μm,内部轴壁处的差异均值约为0。

关键词：牙科纯钛包埋料物理机械性能精度

强流脉冲电子束作用下纯钛的微观组织结构变化及其性能研究

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表面技术 2017年第7期46卷 156-160页

作者：高波高超何吉东朱广林董立洋徐宁东北大学冶金学院沈阳110819

目的提高纯钛表面的耐腐蚀性能。方法本实验主要分两步进行,首先进行金相样品的制备,然后利用强流脉冲电子束对材料表面进行改性处理,最后利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、硬度检测,电化学检测等检测手段进行探讨研究。结果扫描... 详细信息

目的提高纯钛表面的耐腐蚀性能。方法本实验主要分两步进行,首先进行金相样品的制备,然后利用强流脉冲电子束对材料表面进行改性处理,最后利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、硬度检测,电化学检测等检测手段进行探讨研究。结果扫描电镜分析结果表明,强流脉冲电子束处理后,样品表面出现了熔坑,并且随着脉冲次数的增加,熔坑数量逐渐减少,这主要归因于强流脉冲电子束的净化除杂作用。X射线衍射分析发现,强流脉冲电子束处理后,衍射峰出现了宽化和向高角度偏移现象,主要归因于脉冲处理后合金表面的晶粒细化和表面应力、晶格常数的降低。另外,电化学测试表明,强流脉冲电子束处理后金属表面的耐腐蚀性明显增加,自腐蚀电流密度从强流脉冲电子束处理前的27.3μA/cm^2变化到25次脉冲处理后的6.3μA/cm^2,主要归因于强流脉冲电子束的净化除杂作用以及熔坑等结构缺陷的消失。显微硬度分析发现,经过强流脉冲电子束处理后由于样品表面的残余应力和孪晶等结构缺陷的存在,样品表面硬度明显降低。结论强流脉冲电子束处理后,纯钛的耐腐蚀性能增加,晶粒细化,硬度有所降低。

关键词：纯钛强流脉冲电子束熔坑结构耐腐蚀性腐蚀电流硬度