随着现代工业逐渐向轻量化和微型化发展,微成型、超精密机械加工等微细加工技术不断进步,使微小尺寸材料应用更加广泛。然而,在微小尺寸的金属材料中存在着一种尺寸效应现象,即其性能会受样品尺寸或晶粒尺寸的影响,使微小尺寸金属材料呈现出与常用尺寸金属材料不同的性能特点。本文以工业纯钛TA2为材料,通过退火热处理的方法,将厚度分别为50μm、100μm、200μm和800μm的纯钛薄板的晶粒尺寸、晶体取向和位错组态调控到基本一致。采用常规拉伸试验,测试了不同厚度退火态纯钛的拉伸性能,发现在本文所选用的几个厚度尺寸下,随着样品厚度的减小,其强度和延伸率均呈下降趋势。运用基于OM-DIC的原位拉伸技术对不同厚度纯钛的拉伸变形行为进行研究,宏观上,建立了不同厚度的纯钛在不同工程应变量下对应的应变分布规律:随着厚度的减小,产生应变局域化现象所对应的工程应变量减小,应变分布均匀性下降。产生应变局域化现象所对应的工程应变量越小,即材料的均匀延伸率越小。应变分布的均匀性越差,表明材料整体参与塑性变形的能力越差。纵向应变的分布情况与颈缩程度的大小一致,剪切应变的分布情况与材料断裂路径一致。运用基于SEM-DIC原位拉伸技术对不同厚度纯钛的拉伸变形行为进行研究,微观上,由不同厚度的纯钛在不同工程应变量下对应的晶粒应变分布情况,反应出不同厚度纯钛的晶粒变形规律:相同工程应变量下,随着厚度的减小,呈压应变分布的晶粒占比减少,即未参与变形晶粒占比减少,各晶粒的应变分布差异增大,即晶粒间的变形程度差异增大。表明厚度越小的纯钛,微观变形的协调性一致性越差。通过透射微观组织观察并结合宏观、微观变形规律,揭示了厚度尺寸对纯钛的拉伸性能产生影响的根本原因在于厚度方向的晶粒情况。其中,塑性方面,厚度小的纯钛,其厚度方向的晶粒数少,开始塑性变形的晶粒起的作用就相对较大,且晶粒数少限制了晶粒间的协调变形,使得各晶粒的变形程度差异大,进而宏观上的应变分布不均匀,更容易产生应变集中,此外,厚度减小到50μm时,孪生系统启动产生了孪晶,诱导应力应变进一步集中,因此厚度越小塑性越差;强度方面,厚度小的纯钛,其晶粒数少,晶粒的承载能力弱,且表面层晶粒占比大,位错可以自由的滑出表面,加之孪生变形诱导应力集中作用,这几个因素均削弱了材料的加工硬化作用,导致厚度越小,强度越低。