《亞微米尺度下Beta鈦合金單晶力學行為及變形機理研究》是依託西安交通大學，由肖林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：亞微米尺度下Beta鈦合金單晶力學行為及變形機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：肖林
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過對不同尺寸Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O橡膠金屬和Ti-10V-2Fe-3Al (Ti1023)兩種Beta鈦合金單晶拉伸和壓縮載入下巨觀變形行為和微觀變形機理的研究，建立不同位向下微尺度單晶流變應力、塑性變形隨單晶尺寸的變化規律。弄清非傳統位錯滑移和孿生等塑性變形方式下，亞微米尺度下橡膠金屬本徵塑性變形機理及其尺寸依賴關係。確定擴展剪下帶、嚴重扭曲的納米疇和應力誘發馬氏體相變的臨界分切應力對材料尺寸的依賴關係和應力應變突變的物理極限尺寸範圍。分析亞微米尺度下橡膠金屬內部非位錯塑性變形與傳統Ti1023鈦合金滑移、孿生塑性變形時應力誘發馬氏體相變對材料尺寸的依賴關係和亞微米尺度下材料力學行為的尺寸效應之間的本徵關係。探討橡膠金屬內部不同尺度第二相或點缺陷塑性變形行為對微尺度材料整體力學性能尺寸效應的影響。為亞微米尺度下Beta鈦合金塑性變形機理及尺度效應提出一個合理的解釋。
結題摘要
研究了亞微米尺度下Ti-24Nb-4Zr-8Sn橡膠金屬和Ti-10V-2Fe-3Al兩種Beta鈦合金巨觀應力回響及微觀變形機理。發現了橡膠金屬內部在位錯大規模形核與擴展之前出現一種新的形變誘發納米馬氏體相變機制。當試樣尺寸減小到0.3微米時，試樣強度可高達理論強度的78%。試樣尺寸減小，位錯形核所需臨界應力上升，材料通過形成更多的納米馬氏體相變來釋放更高的應變能，引入更多的彌散相顆粒，位錯尺寸效應和彌散強化共同作用大大提高了材料的強化效應。 微尺度下淬火亞穩Ti-10V-2Fe-3Al合金單晶在理論屈服強度區域應力應變曲線表現出平滑連續無應變突跳，並有持續的加工硬化現象。分析發現在β基體中形成高密度有四種變體的納米ω相阻礙位錯運動，減弱位錯瞬時大量滑出試樣的機會。應變突跳現象被抑制，使得曲線連續平滑及加工硬化。ω相通過從一種不利於滑移的變體到另一種利於滑移變體的轉變來促進滑移變形。該種位錯滑移和應變誘發相變機理能非常有效地提高材料服役過程在理論強度區域塑性變形穩定性。與傳統的位錯切過或繞過沉澱物粒子引起鈦合金強化不同，我們提出了一種新的相晶格畸變強化機理。位錯塞積應力可高達相的理論強度，導致該新型晶格畸變強化機理介於位錯切過與繞過機理之間。晶體學分析及第一原理能譜分析表明：通過位錯切過一個變體和第二、三和四變體聯合作用導致無沉澱物變形通道的形成。亞微米尺度下亞穩鈦合金在理論強度區域的穩態塑性變形現象對於微小元器件強度設計及套用具有潛在的重大套用價值。 用分子動力學模擬研究了納米尺度下α-Ti單晶變形晶體學及尺寸效應。發現材料尺寸小於某一臨界尺寸時，尺寸效應由“越小越強”轉變為“越小越弱”。 即反尺寸效應。不同位向納米柱的表面能差異導致該臨界尺寸不同。發現α-Ti單晶納米柱在沿[0001]位向拉伸時，{101-2}孿晶是主要的變形機制；然而隨著應變的增加，在孿晶區域出現比較罕見的HCP到FCC相的轉變。這種FCC相的轉變主要由肖克萊分位錯滑移和堆垛層錯導致。
