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工业纯钛以其优良的综合性能广泛应用于一些高端科技领域,对其变形行为及组织演变进行研究对于实现其精确塑性成形加工具有重要意义。拉压不对称现象在低对称性的密排六方金属中比较明显,有效地控制这一现象尤为重要。本文系统地研究了 TA1 纯钛板室温和高温下拉压初始屈服和应变硬化的不对称性,可为 TA1 纯钛板精确塑性成形技术及工艺开发提供实验数据,同时为实现其精确数值模拟提供实验数据。 室温下采用单向拉伸和压缩实验,研究了 TA1 纯钛板拉压不对称性及其各向异性力学行为和微观组织演变。表明 TA1 纯钛板具有明显的拉压不对称性及各向异性,与轧制方向呈0°、45°、90°方向上的拉压初始屈服强度之比分别为 1.21、1.08、1.04,拉压硬化指数之比分别为0.557、0.561、0.548。揭示了拉压不对称的微观机制,屈服不对称性是由占主导地位的孪晶大量萌生引起的。TA1的应变硬化是通过孪晶界分割晶粒导致产生Hall-Petch细晶强化和孪晶旋转晶格导致的织构硬化共同作用的结果。而压缩变形时由于产生大量孪晶,应变硬化率第二阶段显著增加并出现峰值,导致了应变硬化的不对称。 通过比较筒形件室温拉深实验结果和采用拉伸和压缩真应力-真应变曲线作为硬化准则的数值模拟结果的差异,研究了拉压不对称性对筒形件拉深成形的影响。结果表明,TA1纯钛板的各向异性导致凸耳产生,而不对称性和各向异性演变会使拉深件筒口壁厚增厚减小,凸耳轮廓增大,并影响其拉深力。 通过对沿轧制方向单向热拉伸和热压缩的实验结果进行分析,揭示了变形温度和应变速率对 TA1 纯钛板拉压不对称性的影响规律,并比较了真应变为 0.18 时不同应力状态下的高温本构模型的差异。变形温度升高,TA1纯钛板拉压屈服不对称性减弱,应变硬化率下降,第二阶段应变硬化率增加的现象逐渐减弱并消失,拉压硬化不对称性减弱。一定温度下,应变速率增大,单向拉伸和压缩初始屈服强度均增加,拉压初始屈服强度之比增加;600℃下,应变速率增大,拉压屈服强度之比显著增加,第二阶段的硬化行为变化显著,应变硬化由滑移主导向孪生主导转变。微观组织分析表明,由于孪晶类型及数量的温度及应变速率敏感性导致了拉压不对称性的显著变化。对比本构模型的差异发现,拉应力状态下的热激活能QT为250.2645KJ/mol明显小于压应力状态下的热激活能QC为380.096KJ/mol,即相同应变量下,后者储存了更多的能量,表明单向压缩变形比拉伸变形更容易发生再结晶,并且高温时,压缩变形是由位错滑移和孪生共同控制,孪晶界有助于再结晶形核。