冷轧钛板材剪切带的形成

剪切带经常出现在冲击、液态压缩、高速成形以及机械加工中，该区域通常承受很高的应力，会造成灾难性的断裂破坏。为了分析剪切带的形成原因，澳大利亚学者研究了钛板在冷轧条件下剪切带的形貌演变，并对剪切带中的硬度分布进行了重点分析。实验原料为100 mm×100 mm×12 mm的2级工业纯钛板。钛板经退火处理后进行冷轧，轧制速度为16 m·min－1，以3 s－1的应变速率沿同一轧向使厚度由12 mm减小到2 mm，道次减薄量为8.3%。对每道次变形后的板材取横向样观察组织。SEM研究发现，轧制变形的早期阶段，边缘板材一边变形较大，然后以剪切变形方式扩展到板材内部。随变形量增加，大变形区变大，剪切变形方向与轧制方向大约呈40°交角，而且在变形较剧烈的晶粒中有孪晶形成。当轧制变形量为50%时，剪切带与轧制方向大约呈45°角(剪切带宽度约为8 μm)，局部剪切带中形成高密度的变形孪晶。当轧制变形量在58%～67%之间，剪切带迅速萌生及扩展。当轧制变形量为83%时，剪切带宽度大约为25 μm，有亚晶界形成，但并没有发现孔洞的形成。TEM研究发现，随变形量增加(33% ～83%)剪切带内部晶粒首先呈现拉长状态，然后细化，最终形成纳米晶粒(平均尺寸大约为70 nm)。晶粒大小变化可分为3个阶段:第一阶段(0～33%)，随变形加剧等轴晶粒变形拉长(晶粒大小约为60 μm);第二阶段(33% ～50%)，局部剪切带逐渐形成，晶粒形貌有球化趋势;第三阶段(50%～80%)，局部剪切带逐渐扩展，晶粒缓慢减小。微观硬度研究表明，由于剪切带内部晶粒发生细化，此剪切带内部硬度高于周围组织的硬度。最后从理论上讨论了局部剪切带在变形中的温升现象，发现晶粒细化的机制属于动态回复，而不是动态再结晶。