体心立方近β钛合金循环形变中的平面滑移行为1黄俊1,2，王执锐2，吴玉程1,3(1.合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009；2.多伦多大学材料科学与工程系多伦多M5S3E4加拿大;3.安徽省有色金属材料与加工工程实验室合肥230009)摘要：对单相体心立方近β钛合金在不同加载载以及循环周次下进行纯压缩疲劳试验，以研究其循环形变特征和疲劳损伤特性进，探索试验合金在表面结构的演化以及微观位错组态演变的相关性；以自由电子浓度和层错能为判据探求体心立方单相β钛合金的平面滑移机制，并结合合金表面微结构特征探索该合金早期应力集中造成的疲劳微裂纹萌生现象；实验观测疲劳形变带的位错组态及其晶体学特征，如位错湮灭，退孪晶和孪晶界结构简化等现象，进一步验证该材料应力集中滑移带的典型特征。关键词：近β钛合金；纯压缩疲劳试验；循环形变；平面滑移；位错演化中图分类号：TG111ThePlanarSlipModeofNear-βTitaniumAlloyonCyclicDeformationProcessHUANGJun1,2，WANGZhi-rui2，WUYu-cheng1,3(1.DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Anhui230009,China;2.DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,UniversityofToronto,Toronto,ON,M5S3E4,Canada;3.LabofNon-ferrousMetalsProcessingandManufacturing,AnhuiGeneralResearchInstituteforNon-ferrousMetals,Anhui230009,China)Abstract：Theslipmodeofb.c.cnear-βTialloy(Ti-5553)uponcompressivestraincyclingisstudied.Micro-macromechanism(multi-parameter)analysis,i.e.tracingthesurfacemorphologyevolutionanddislocationmovementincyclingistheresearchgoaltofurtherunderstandthemechanicalcyclicdeformationresponseandmicrocrackbehaviourofthematerial.Therelationshipbetweenthemicrostructureevolutionanddislocationconfigurationinb.c.c.β-annealedTi-5553wouldbeexplored.Thenewcriterion:relationshipbetweentheSFE(stackingfaultenergy)ande/a(free-electron-to-atom)ratiowouldbeusedtoexplainthestrainlocalizedplanarslipbehaviourinβ-annealedtreatment,andtheprogressiveobservationofsurfacemorphologyevolutionwouldbeexploredtorevealtypicalplanarslipbehaviourandearlyformationofstrainlocalization-inducedfatiguemicrocracks.Micro-mechanismmethodisattempttobulid,asabridgeofthemacro-andmicro-structureevolution.Keywords：near-βTialloy；fatigue；cyclicdeformationresponse；planarslip；dislocationconfiguration0引言近β钛合金具有典型多晶型转变特征，对体心立方(bcc)单相近β钛合金的研究更具基础科学性。迄今为止，有关体心立方金属循环形变微观疲劳机制的研究比较少，而且大部分研究主要集中于铁基合金[1-2]或铌单晶[3]，针对近β钛合金的研究工作更加可数，最初由Theodorski和Koss[4]以及Koss和Wojcik[5]提出了单相钛中的循环软化-循环饱和现象，之后Chakrabortty等[6]提出了单相钛在大应变加载条件下的循环硬化特征，同期Saleh和Margolin[7]发现Ti-Mn系单相合金初期循环软化、后期循环硬化的现象。遗憾的是，上述研究结果主要集中于上世纪七十年代，受当时电子显微技术的局限，仅发现这些循环形变行为可能与1收稿日期：201212-26；修订日期：2013-10-**基金项目：国家自然科学基金资助项目(51201054)；中国第51批博士后基金资助项目(2012M511400)；教育部科学研究重大项目(311025)作者简介：黄俊(1983—)，女，籍贯，讲师，博士。合金中的孪晶或某些短程有序结构相关。近年来，作者在多伦多研究组[8]对目前国际上最新近β钛合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr(Ti-5553)在纯压缩疲劳加载时的循环形变响应进行了研究，发现该合金在任意压缩应力加载条件下均表现出循环早期软化和后期饱和的现象，与Koss等[4-5]的研究成果非常相似。然而不排除加载应力不够大，不足以使该合金表现出类似Chakrabortty[6]和Margolin[7]研究结果中的循环硬化特征的可能性。对于其它材料而言，继续选择大应力加载就可以获知该材料是否具有循环硬化的潜在特征。然而，...