[发明专利]一种单相钛合金孪生变形行为的验证方法

说明书

本发明涉及一种单相钛合金孪生变形行为的验证方法，属于先进材料技术领域。该方法首先对单相TA7ELI钛合金进行不同温度下的拉伸试验，获取相应的拉伸载荷‑位移曲线，判断曲线的塑性变形阶段有无锯齿状变形特征。对第一单相钛合金拉伸断裂件沿拉伸方向剖切制样，从断裂处到夹持端沿平行于拉伸轴向方向进行金相显微组织拍照，并对拍照结果进行观察分析。此外，对第二单相钛合金拉伸断裂件进行断口端面观察，寻找断口中有无线性孪生变形特征，若有，则可以结合金相组织中的变形孪晶及载荷‑位移曲线中的锯齿状特征系统验证TA7ELI单相钛合金在低温条件下的孪生变形行为。

技术领域

本发明涉及一种单相钛合金孪生变形行为的验证方法，属于材料技术领域。本发明主要用于航天工业中主流低温单相钛合金TA7ELI的低温变形研究，其可作为TA7ELI钛合金低温性能强韧化研究的技术手段，亦可应用于其它类型高性能低温钛合金的研究及性能改进方面，对新型高强塑低温钛合金材料的研发具有一定的技术指导作用。

背景技术

随着航天技术的发展，钛合金在低温条件下的应用显著提升，目前已成功开发出了诸如TA7ELI、TC4ELI、CT20等一系列服役性能优异的低温钛合金。其中，TA7ELI作为一种单相α型钛合金，合金成分及低温变形方式简单，低温力学性能强韧化方式较双相钛合金更为便捷，在20K条件下体现出优异的低温强度，是目前应用最为广泛的低温钛合金材料，主要用作运载火箭叶轮类、气瓶类的制造。但是，该合金在20K条件下仍存在低温塑性优势不明显，强度及延伸率富裕度不足的短板，在一定程度上限制了其工程应用。

对高性能低温钛合金的开发而言，熟悉其低温变形行为和变形机理是研制材料的基础，只有在明确其变形行为和变形机理的基础上，才能够更有针对性地选取相应的强韧化手段以改进其低温力学性能。目前，针对TA7ELI单相钛合金低温变形行为的观点主要有滑移变形和孪生变形两种，虽有研究指出其在低温条件下孪生变形较滑移变形更易进行，但并未得到系统性验证，其低温孪生变形行为还未形成统一概论，缺乏相应的实验验证方法，导致其低温强韧化研究方向不明确。

因此，如何采用实验手段能够直观地、系统性地验证TA7ELI钛合金的低温孪生变形行为是确定相应强韧化手段，提升其低温力学性能的关键所在。目前，国内外对TA7ELI单相钛合金孪生变形行为的验证手段多采用透射电镜(TEM)分析技术。由于其设备条件及实验原理的限制，通常需要离子减薄或者聚焦离子束(FIB)方法制取测试样品，可供分析的视场通常在几μm～几十μm范围内，且往往需要制取多个分析样品，存在实验成本高、分析区域受限、代表性不强、分析过程复杂的短板。为此，如何通过设计合理的实验方案，采用更为代表性的、系统性的、且简单易行的分析方法以验证单相TA7ELI钛合金的低温孪生变形行为，是解决目前其低温孪生变形行为研究不彻底、低温强韧化研究方向不明确的关键所在。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种单相钛合金孪生变形行为的验证方法，解决传统分析方法存在分析区域小、研究成本高、可代表性不强的短板，从而明确其低温孪生变形行为，为钛合金低温性能强韧化提供一定的研究技术手段。

本发明解决技术的方案是：一种单相钛合金孪生变形行为的验证方法，该方法包括如下步骤：

(1)、力学性能测试：对单相钛合金拉伸试样件进行不同变形温度条件下的准静态拉伸试验，每个变形温度试验得到第一单相钛合金拉伸断裂件、第二单相钛合金拉伸断裂件以及单相钛合金材料在该变形温度条件下的载荷-位移曲线；

(2)、载荷-位移曲线特征分析：对步骤(1)得到的单相钛合金材料在不同变形温度下的载荷-位移曲线进行特征分析，研究载荷-位移曲线在塑性变形阶段的形态，首先判断载荷-位移曲线有无锯齿状曲线段，当塑性变形阶段存在载荷波动现象时，即判断为有锯齿状曲线段，之后，则进入步骤(3)；否则，直接进入步骤(3)；