內生枝晶增韌的鈦基非晶複合材料超塑性及其變形機制

《內生枝晶增韌的鈦基非晶複合材料超塑性及其變形機制》是依託太原理工大學，由王永勝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：內生枝晶增韌的鈦基非晶複合材料超塑性及其變形機制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王永勝
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

基於輕質高強和高塑性的優勢，內生枝晶相增韌的鈦基非晶複合材料在航空航天等領域極具發展前景。然而，這類材料的超塑性及其變形機制方面仍然缺乏研究。本項目以內生β鈦增韌的鈦基非晶複合材料為研究對象，對該材料超塑性及其變形機制進行研究。研究過冷液相區內材料微觀組織與力學性能之間的關係，並且研究材料超塑性變形的主要影響因素，重點明確晶體相、非晶基體與界面在複合材料超塑性變形中的協同作用，最終闡明其超塑性變形機制，為其實際加工成型與工程套用提供理論支持與實踐依據。

結題摘要

非晶合金在過冷液相區表現出均勻超塑性變形，在實際工業套用中，運用熱軋、擠壓等傳統工藝製備高精度的器件已經得以實現，然而，其室溫脆性嚴重限制了套用。而非晶複合材料有效改善塑性，對其高溫塑性成型能力的研究就顯得尤為重要，而晶體與非晶體結構不同，導致變形機制、對條件的依賴性也有所差異，研究內生枝晶增韌的非晶複合材料在高溫條件下的力學行為與變形機理對於深入全面認識非晶複合材料變形理論有普遍的科學意義。本項目以Ti-Zr-V-Cu-Be體系非晶複合材料為對象，對其高溫條件下的力學行為和微觀變形機制進行研究。通過高溫拉伸和壓縮實驗結果表明，過冷液相區變形，該材料拉伸表現出軟化行為且塑性變形有限，而壓縮表現出加工硬化現象，且塑性變形可達到50 %以上、甚至實現超塑性變形。對Ti40Zr24V12Cu5Be19，Ti58Zr16V10Cu4Be12和Ti62Zr12V13Cu4Be9 (at %)三種不同成分的Ti基非晶複合材料過冷液相區不同條件下的壓縮性能研究結果表明，屈服強度隨著樹枝晶體積分數、尺寸的增加，應變率的增加和溫度的減少而增加，變形後樹枝晶發生嚴重的晶格畸變，基體出現晶化。變形過程中的應變率敏感性由非晶基體主導，而加工硬化能力由樹枝晶主導，隨著樹枝晶體積分數和尺寸的增加，溫度的升高和應變率的下降，非晶複合材料的應力過沖現象逐漸減弱並消失表現出均勻牛頓變形，總結已有的實驗結果歸類繪製出熱塑性成型圖。通過修正Arrhenius模型建立本構關係，實現理論與實際性能的聯繫。為模擬非晶複合材料高溫變形“應力過沖”與“加工硬化”行為，我們藉助於人工神經網路模型，精確的模擬出鈦基非晶複合材料過冷液相區的變形特徵，這些研究發現為Ti基非晶複合材料的熱塑性成型加工及工業的實際成型過程提供理論依據。