三元混雜增強耐熱鈦基複合材料的形變損傷及斷裂行為

《三元混雜增強耐熱鈦基複合材料的形變損傷及斷裂行為》是依託上海交通大學，由韓遠飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：三元混雜增強耐熱鈦基複合材料的形變損傷及斷裂行為
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓遠飛
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

金屬基複合材料的斷裂是塑性加工過程中最常見的失效形式，也是影響此類材料熱加工性能的重要因素之一。本項目擬結合金屬材料塑性加工理論和損傷失效理論，以TiB+TiC+La2O3三元混雜增強耐熱鈦基複合材料為研究對象，基於SEM和TEM原位觀察實驗測試材料在低/高應變速率下的室溫失效斷裂特徵，採用高速攝影測量複合材料高溫變形斷裂過程和擴展速度，並結合不同熱處理工藝揭示複合材料的室溫和高溫斷裂機制以及增強體的斷裂特徵，闡明多元多尺度增強體斷裂方式對材料失效的影響機制，建立多尺度鈦基複合材料損傷—斷裂演化多參數模型，實現難變形三元混雜增強耐熱鈦基複合材料組織缺陷的控制，為進一步提高耐熱鈦基複合材料強韌性提供新的思路，並對其它非連續增強金屬基複合材料多尺度增強體損傷斷裂行為的研究具有很好的借鑑和理論指導意義。

結題摘要

研製和開發具有良好綜合性能的耐高溫鈦基複合材料對滿足航空航天等國家重大需求具有重要的科學意義和使用價值。然而，增強體的存在，使得耐高溫鈦基複合材料的製備和熱加工非常困難，材料在承載時內部的微損傷會發生串聯和匯合引起材料內部裂紋萌生和擴展，最終導致開裂。因此，本研究以三元混雜和二元混雜增強鈦基複合材料為研究對象，結合塑性加工理論和損傷失效理論，研究了三元顆粒增強鈦基複合材料損傷-斷裂演化規律，實現了難變形三元顆粒混雜增強鈦基複合材料組織缺陷的有效控制。研究結果發現，三元混雜增強鈦基複合材料損傷失效主要表現為典型的脆性斷裂特徵，其原因主要源於TiB和TiC增強體中存在的大量缺陷。多元顆粒增強鈦基複合材料的斷裂行為主要表現為，受載過程中增強體的斷裂易於萌生微裂紋在界面處，基體同時出現滑移帶，微裂紋和滑移帶的相互耦合、貫通並導致最終材料的斷裂失效。在塑性變形階段，高含量增強體的斷裂會使微裂紋增多，進而擴展後易於與鄰近微裂紋或滑移帶相互貫通，從而擴展成為巨觀裂紋，降低材料的塑性。增強體含量較低時（0.5%），複合材料內部裂紋路徑曲折，裂紋擴展過程中伴隨著多條二次裂紋的萌生，穿晶斷裂和沿晶斷裂共存；高含量增強體會使得裂紋路徑曲折度下降，裂紋變得平直，二次裂紋數量減少。因此，耐高溫鈦基複合材料增強體的斷裂和其誘導的缺陷是裂紋擴展的重要因素，主要體現在裂紋擴展方向和二次裂紋的萌生。為實現高性能鈦基複合材料的製備與安全加工，有效控制增強體的尺度和基體組織是高性能三元混雜顆粒增強鈦基複合材料製備的關鍵。