β鈦合金中孿生誘導塑性(TWIP)效應

項目摘要

在項目組前期工作基礎上，本項目提出開展β鈦合金中孿生誘導塑性(Twinning induced plasticity_TWIP)效應的若干關鍵科學問題的理論與實驗研究。項目主要研究體心立方結構β鈦合金機械孿生能力(Twinnability)的理論表達，建立β鈦合金中{112}<111>與{332}<113>機械孿生能力與合金缺陷性質之間的關係，並進一步研究影響β鈦合金中TWIP效應的關鍵因素、以及TWIP效應對β鈦合金巨觀力學性能的影響規律，為發展具有TWIP效應的β鈦合金提供理論與實驗依據。可以預期與目前已經套用的具有TWIP效應的奧氏體鋼類似，具有TWIP效應的β鈦合金主要以機械孿生方式進行塑性變形，也會有很高的強韌性。因此，在體心立方結構的β鈦合金中實現TWIP效應不僅有重要的學術意義，同時這種基於TWIP效應的高強韌性β鈦合金也將會具有很重要的工程套用前景。

結題摘要

本項目開展了β鈦合金中相變誘導塑性(TRIP)與孿生誘導塑性(TWIP)效應的若干關鍵科學問題的理論與實驗研究。首先採用第一性原理計算，研究了βTi-V鈦合金中β、ω、α'、α''各組成相的結構與彈性性質，以及構成β鈦合金相變誘導塑性的位移型β→ω相變與β→α'/α''馬氏體相變行為與相變路徑的原子機制，研究結果表明隨著過渡族元素含量增加，β鈦合金依次發生β→α'/α''馬氏體相變，以及位移型β→ω相變，其中β→α'/α''馬氏體相變路徑不存在能壘，而β→ω相變路徑存在能壘，其大小隨著過渡族元素含量增加與溫度的升高而增大；項目研究了βTi-V合金{110}<111>、{112}<111>和{123}<111>三個滑移系的位錯滑移廣義層錯能、位錯核芯半寬和位錯滑移的Peierls應力，以及{112}<111>孿生變形廣義層錯能、臨界孿生應力等性質與β相穩定性之間的關聯作用，結果表明位錯滑移廣義層錯能、位錯滑移的Peierls應力，以及孿生變形廣義層錯能、臨界孿生應力均能隨著β相穩定性的下降而逐漸降低。實驗研究進一步表明隨著過渡金屬元素含量的增加，β相穩定性升高，β鈦合金的塑性變形由應力誘發馬氏體相變、ω相轉變、{332}<113>機械孿生、向{112}<111>機械孿生和位錯滑移方式轉變，合金的塑性變形機製取決於β相穩定性。TRIP或TWIP Ti-V-Nb-Zr β鈦合金的屈服強度與晶粒尺寸均滿足霍爾-佩奇(Hall-Petch)關係式，並且TRIP β鈦合金Hall-Petch係數大於TWIP β鈦合金，同時其Hall-Petch係數均大於位錯滑移型β鈦合金，說明可以更有效地通過晶粒尺寸來調控合金的屈服強度。以上研究加深了對於β鈦合金中應力誘發馬氏體相變、ω相變、以及機械孿生機制的認識，為發展具有TRIP或TWIP效應的高強韌性β鈦合金提供一些理論與實驗依據。

β鈦合金中孿生誘導塑性(TWIP)效應

基本介紹

項目摘要

結題摘要

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