1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1 课题背景

钛的工业性生产始于20世纪40年代末期。1948年美国杜邦(Du-pont)公司生产出了第一批商业性海绵钛，从此开创了世界钛工业生产的历史^[1]。60年代初，中国开始工业纯钛的生产。产品有薄板、厚板、棒材、丝材、管材、锻件和铸件，已广泛用于电力、石油化工、制盐、冶金、化工、轻工、宇航、医疗器械等部门^[2]。

工业纯钛表示的是钛含量不低于98％、含有少量氧、氮、氢、碳、硅和铁等杂质的致密金属钛。氧、氮、碳、氢和硅属于间隙杂质元素，铁属于替代式β稳定元素。氧、氮、碳都能提高钛的室温抗拉强度，同时也会降低钛的塑性，因此钛中氧、氮、碳的含量都有比较严格的限制，特别是氧含量。氢在钛中的溶解度很小，氢与钛的反应是可逆的。氢对钛性能的主要影响表现为”氢脆”，当钛中氢含量达到一定量后，将会大大提高钛对缺口的敏感性，从而急剧地降低缺口试样的冲击韧性等性能^[3]。通常规定钛中氢含量不得超过0.015％。工业纯钛的密度为4.51g／cm3，熔化温度范围为1640～1671℃，无磁性，导热系数较低。室温下的组织由α相组成(见钛合金相变)，也有少量的β相，β至α相的转变温度为890～920℃。工业纯钛具有密度低、强度高、易于熔焊和钎焊等优点。表2为工业纯钛的典型力学性能。优异的抗腐蚀性能是工业纯钛突出的特点之一，其在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性，但在还原性介质中耐蚀性较差。它具有优良的冲压工艺性能和焊接性能^[4]。可进行各种形式的焊接,焊接接头可达基体金属强度的90%，易于锯和砂轮切割,机械加工性能良好，耐蚀性能优良。用于350℃以下、受力小的零件及冲压成各种复杂形状的零件。

经过多年的发展，中国的钛工业确实取得令人瞩目的成就，但与美、日、俄相比，中国钛工业还是后进者，特别是金融危机加剧以来，更突显出中国钛工业缺陷与不足。2014年在世界经济继续处于弱增长格局、全球钛行业持续低迷的大背景下中国钛工业也难以独善其身，进入了”高产能、微利润、低需求”的严冬期。目前，中国钛行业的技术装备已居世界前列，也生产了大量的优质钛合金材料来满足国民经济发展的需要。但是用于大飞机和航空发动机等高端钛合金材料的可靠性、批次稳定性较差，导致发动机叶片和风扇盘等关键部件蠕变变形，发动机性能下降，不能满足大飞机及医用人体植入件对材料的高端需求。因此，对于工业纯钛的研究刻不容缓。

2 研究模型

工业纯钛既可承受热加工，也可承受冷加工。由于钛加热时容易吸收氧、氢和氮，使塑性降低并使性能变坏，所以在加热时必须注意使炉内的气氛保持中性或微弱氧化性气氛，尽量避免采用还原性气氛，更不允许使用氢气加热。可在通常的设备上进行锻造、挤压、轧制和拉伸等加工，其热加工的温度范围为800～900℃。进行冷加工时，当冷加工率达到一定值(如30％～60％)时，应进行中间退火。工业纯钛的切削性类似于奥氏体不锈钢，但由于钛的化学活性高、导热性差，对刀具表面有较高的粘结倾向，因此具体切削工艺与钢应有所区别^[5.6]。采用锋利的工gorlg刀具、大进给量、较低的切削速度和溶油性冷却液，以及刚性强的工夹具，能顺利地进行切削加工。工业纯钛适合于各种焊接，焊缝区有极好的流动性。焊接方法很多，工业上应用最广泛的是氩气保护电弧焊。研究的结构模型如下图所示：

图1 模型钛的结构

3 材料的一般力学性能及其意义

材料的力学性能，常用材料的力学性能指标来表述。材料的力学性能指标是材料在载荷和环境因素作用下所发生的力学行为的量化因子，是评定材料质量的主要依据和和结构设计时选材的依据。材料的力学性能指标作为表征材料力学行为特征的参量，其反应的是材料的某种力学行为发生的能力或材料多对某种力学行为发生的抗力的大小。

材料的力学性能指标主要包括弹性、强度、塑性、韧性、硬度、耐磨性、缺口敏感性、裂纹扩展速率和寿命等。其中，弹性是指材料在外力作用下发生一定的变形，在外力去除后恢复固有形状的尺寸的能力，比如比例极限和弹性极限等；强度是指材料对塑性变形和断裂的抗力，如屈服强度、断裂强度等；塑性是指材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力，如延伸率δ、断面收缩率Ψ等；韧性是指材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，如冲击韧性、断裂韧性等；硬度是指材料的软硬程度，如布氏硬度HB、洛氏硬度HRC等。材料力学性能的优劣就是用这些力学性能指标的具体数值来表示的^[7.8.9]。

4 工业纯钛的中低温力学性能

4.1 工业纯钛中低温拉伸行为

通过不同温度和不同应变速率的拉伸实验发现：工业纯钛拉伸应力应变曲线在服役温度范围内存在显著的温度与应变速率敏感性。强度参量在服役温度范围内随着温度的升高和应变速率的降低不断降低，由此建立了工业纯钛强度参量与温度和应变速率的经验公式。断口观察发现在各温度和各应变速率下工业纯钛的断口形貌均表现为韧性断口，随着温度增加，韧窝变大。基于激活能参量研究工业纯钛变形机制的演化过程发现：工业纯钛在中低温范围内变形激活能会随着温度产生变化，建立了新的激活能计算方法，获得了中低温下工业纯钛拉伸变形激活能随温度的变化规律。利用激活能随温度的变化规律提出了拉伸变形机制的量化指标，运用量化指标定量地描述了工业纯钛拉伸变形机制随温度的演变过程。

为了精确地描述工业纯钛拉伸力学行为，比较了3种本构模型包括Arrhenius模型、Johnson Cook(JC)模型和Modified Zerilli-Armstrong(MZA)模型对工业纯钛拉伸行为的适用性，发现Arrhenius模型对工业纯钛拉伸行为的描述精度最高，但是仍然存在较大的误差。通过考虑温度对激活能的影响改进了Arrhenius模型^[10]。实验数据表明改进的Arrhenius模型具有更好的预测精度，能够合理地描述工业纯钛中低温拉伸行为。

4.2 工业纯钛中低温蠕变行为

工业纯钛中低温蠕变行为主要呈现为蠕变第一阶段，存在门槛应力和温度上限，并且蠕变行为存在显著的温度相关性。基于工业纯钛蠕变行为的温度与应力相关性，建立了工业纯钛中低温蠕变特征区域图。对蠕变材料孪晶微观结构进行金相观察可以解释工业纯钛蠕变行为的温度相关性，并验证工业纯钛中低温蠕变特征区域图构建的合理性。通过对4种第一阶段蠕变本构方程的比较发现：幂律本构能够合理地描述工业纯钛所有蠕变区域的蠕变行为，并拥有较高的精度。综合幂律本构方程和蠕变特征区域图构建了工业纯钛综合考虑蠕变温度、蠕变应力和蠕变时间的中低温蠕变本构方程。建立了工业纯钛在服役温度范围内的等时应力应变曲线。根据等时应力应变曲线、设计寿命和应变极限，提出了工业纯钛与时间相关的许用应力。基于工业纯钛中低温蠕变特性，结合蠕变本构方程和热激活理论，推导了基于应变的Larson-Miller(LM)寿命预测方程，运用工业纯钛实验数据验证了基于应变LM寿命预测方程的合理性^[11-14]。

复合材料宏观力学是把复合材料当作各向异性的宏观均匀连续体，用连续介质力学理论研究其力学行为。它把单层复合材料看成均匀的各向异性材料，不考虑纤维和基体的具体区别，用其平均力学性能表示单层材料的刚度、强度特性。它只能从复合材料的平均表观性能检验组分材料的作用，而无法研究对宏观行为有重要影响的细观层次上各组分相的变形及损伤失效行为，理论和实验研究表明这些细观行为对宏观行为有重要影响^[15.16.17]。

5 工业纯钛中低温压缩力学性能

钛及其合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等性能，在汽车行业中的应用潜力很大，用来发动机气门、承座、气门弹簧、连杆以及半轴、螺栓、紧固件、悬簧和排气系统元件等都是很好的选择^[18.19]。将钛用在汽车行业后，汽车重量极大地减轻、燃料消耗也会降低、工作效率将提高汽车、环境会改善和噪音会降低等，因此增加在汽车用钛方面的研究投入也是许多发达国家和著名的汽车制造商所进行的，进展还很可观。工业纯钛具有良好的耐蚀性能、力学性能和焊接性能，在船舰、化工等诸多领域有重要的应用^[20]。由于金属在加工工艺一定的情况下，其组织状态主要取决于热处理过程中的组织演变，并强烈影响其使用性能，因此，钛的温度对其压缩性能的影响十分关键。刘以波学者用共焦激光扫描显微镜(CLSM)、光学显微镜(OM)、差示扫描量热仪(DSC)等方法研究了等轴态的TA2工业纯钛在加热、保温和冷却过程中的组织演变行为，分析并总结了其组织演变规律^[21]。为了进一步提升纯Ti板材加工的产量和质量,努力降低车间生产成本,杜礼章学者着重研究了Ti板加工的工艺路线优化以及Ti板的加热工艺、轧制工艺、热处理工艺、碱酸洗工艺并结合生产现场实际情况进行了分析,探索出了较为可 行的Ti材生产工艺,为全年Ti材加工量交破3000吨大关提供了强有力的技术支撑^[22]。用TEM结合SEM和XRD对工业纯钛喷丸强化后显微组织结构、断口形貌、残余应力的方法进行分析, 研究了影响疲劳性能的3个因素即：组织、应力、粗糙度^[23.24.25]。结果发现：孪生是六方合金的塑性变形主要形式。 喷丸强化表层形变组织由孪晶和变形带构成，表层孪晶间强烈交互作用，可造成显微损伤；表层残余应力在疲劳后发生明显松驰，有益贡献也相应的降低；表面粗糙度提高，具有负的影响^[26-30]。

6 目前工作的不足

温度对材料力学性能的影响至关重要，但目前在工业纯钛力学性能的温度相关性研究一般都集中在高温力学性能研究，对中低温力学性能的温度相关性研究不够充分。并且，在已有研究大多基于工业纯钛中低温拉伸力学试验，中低温压缩试验甚是少见。研究表明，拉压非对称性普遍存在，尤其对于工业纯钛等密排六方结构金属，其拉压非对称性不可忽视。因此，开展对工业纯钛中低温压缩力学性能试验研究，对全面充分了解工业纯钛各项力学性能以及推广工业纯钛的工程应用具有重要意义。

7 本文研究方向

本文将对工业纯钛中低温压缩力学性能进行研究，开展不同温度、不同应变速率下工业纯钛压缩力学试验，探究温度及应变速率对其力学性能的影响，初步探讨中低温下工业纯钛变形机制，建立工业纯钛温度及应变速率相关性压缩本构方程。

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