文 献 综 述

1 课题背景

钛及钛合金作为一种新型轻质金属材料，具有密度小，比密度高，耐腐蚀，线膨胀系数低，无磁等优点，被广泛应用于航空航天，石油化工，海洋工程，医疗器械及武器装备等领域^[1-2]。近年来随着钛及钛合金材料应用的日益广泛和人们对其性能研究的日益深入钛及钛合金压缩性能得到越来越多的关注。

钛及钛合金室温压缩是借助冲压设备和模具，对钛及钛合金材料施加压力使其分离或塑性变形的一种先进的加工方法。其优点是成形尺寸范围宽，质量稳定，一致性好，材料消耗低，生产效率高，操作方便，易于实现机械化和自动化。钛与钛合金由于具有优良的综合性能，其应用日益广泛。被用于成形钛合金板式热交换器，飞机发动机罩，手机，手表，电脑外壳，生物假体，高尔夫球以及锅，杯子和盛酒等生活日用品。但是由于钛和钛合金相对于铝，钢等金属材料塑性差，极限变形量小，成形时回弹量大，因此冲压成形相对困难。因此通过钛及钛合金压缩性能的研究其各向异性的力学特点。

作为典型的HCP晶体材料，国际上已经开展了不同应变率及温度下纯钛力学性能的研究工作：G.L. Wulf^[3]率先使用Hopkinson压杆技术对纯钛的室温冲击压缩性能进行了实验探索；Sheikh Ahmad^[4]等人采用在线加温技术，通过扭杆试验得到了纯钛的剪切应力-应变关系；D.R. Chichili等人在SHPB系统上进行了不同温度下纯钛的冲击压缩试验及加卸载试验，采用Kocks-Mecking模型^[5]描述了纯钛低温和室温不同应变率下的压缩应力-应变关系；S. Nemat-Nasser^[6]采用预加温技术在较大的应变率和温度范围内进行了纯钛准静态和冲击压缩试验，获得了温度和应变率相关的力学性能信息。尽管目前国内外学者对于纯钛力学行为已经进行了一定的研究，然而由于HCP晶体较FCC和BCC晶体具有较显著的各向异性，研究具有不同织构纯钛的动态力学性能变化规律，结合材料加工获得预想织构以控制材料各向异性对于未来武器装备的设计过程非常有意义。

2 研究模型

室温下的金属纯钛是α相，是典型的密排六方（HCP）结构，要对其进行准静态压缩变形研究，需了解材料的初始状态和具体的实验测试方法。本文主要采用的研究模型是高纯度多晶钛板材，纯度为99%，初始尺寸为100#215;100#215;9.6，相变点是882摄氏度，熔点为1668摄氏度，沸点为3260摄氏度，密度为4.5克每立方厘米。

根据压缩实验的需要，制备出适合国家标准的”金属材料室温压缩试验方法”（GB/T 7312-2005）的圆柱形试样，试样的尺寸如图1所示，试样表面经过机械磨光，光滑无缺陷，满足GB/T 7314-2005标准。压缩试样的高度H。根据应变率大小的不同。配合固定高度的钢制模具设定见图所示^[7]。在板材上沿RD方向取一段长条，在轧面上用轻微划痕标记RD方向如图2。注意：加工该划痕时保证刻痕深度较小，不会影响材料的力学性能^[8]。

图2-1 压缩试样研究模型 图2-2 研究模型的压缩方向标注