劇烈塑性變形條件下金屬間化合物相變研究

《劇烈塑性變形條件下金屬間化合物相變研究》是依託上海大學，由操光輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：劇烈塑性變形條件下金屬間化合物相變研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：操光輝
• 依託單位：上海大學

中文摘要

劇烈塑性變形（Severe plastic deformation, SPD）使金屬和合金產生晶粒細化、無序或非晶等獨特的結構變化，成為製備性能優異的超細晶及納米晶塊體材料的有效方法。迄今，劇烈塑性變形條件下金屬間化合物相變機理仍不清楚。本項目擬對金屬間化合物施加高達8 GPa的壓力，採用高壓扭轉（High pressure torsion, HPT）劇烈塑性變形方法，以YCu和TiAl金屬間化合物為研究對象，研究金屬間化合物劇烈塑性變形行為，進而研究劇烈塑性變形高應力、高應變、高位錯密度和高空位濃度條件下誘發產生相變的種類、形核、熱力學和動力學規律，闡明劇烈塑性變形條件下YCu金屬間化合物中位移型馬氏體相變和TiAl金屬間化合物中擴散型相變的形成機制，構建劇烈塑性變形條件下金屬間化合物相變的晶體學及微觀結構與力學行為本構關係的物理模型。本項目可為改善金屬間化合物塑性提供理論基礎。

結題摘要

相變能夠調控材料的微觀結構進而影響材料的物理和化學性能。隨著技術的進步，在劇烈塑性變形、低溫、高壓和高場等極端條件下研究相變成為可能。金屬間化合物由於具有優異的高溫強度、剛度和低的密度在航空航天等領域具有套用潛力，成為關注的研究熱點之一。然而，其較低的室溫塑性阻礙了它的廣泛使用。因此，如果能夠在極端條件下調控金屬間化合物的相變，對改善其韌性將具有重要的理論意義。通過本項目的研究得到以下結果：(1) DyCu和YCu合金中均存在B2到B33的馬氏體轉變，CrB型B33馬氏體具有正交結構，點陣常數為a = 0.38 nm、b = 1.22 nm和c = 0.40 nm；B33結構的馬氏體和B2結構的基體之間的晶體學取向關係為： (11-1)[112]B33 // (110)[001]B2。(02-1)孿晶界存在於B33結構的馬氏體中。(2) 溫度和應力均可誘導YCu合金中產生B2到B27的馬氏體轉變，B27馬氏體具有FeB型正交結構，點陣常數為a = 0.71 nm、b = 0.45 nm和c = 0.54 nm；B27結構的馬氏體和B2結構的基體之間的晶體學取向關係近似為：(-111)[110]B27 // (11-2)[111]B2。在143到131 K之間由於馬氏體的形成，YCu產生韌性到脆性的轉變。(3) TiZr合金經過6 GPa和5道次的高壓扭折變形(HPT)導致alpha到omega的相轉變。(4) YAg合金在4 K溫度下形變仍然表現出良好的塑性，在室溫以及4 K溫度下形變YAg合金里的位錯柏氏矢量均為<100>。(5) Ti-45Al-4(Cr, Nb, Ta, B)金屬間化合物HPT變形，可以誘導alpha2-Ti3Al到gamma-TiAl的擴散型相轉變，該轉變通過中間相Ti2Al和Ti1.4Al進行，並按台階的方式長大。Ti2Al具有六方結構， Ti1.4Al為L12結構。HPT能夠導致非晶結構的形成，應力指數和擴散激活能顯示HPT形變是一個晶界滑移以及擴散控制的超塑性變形。(6) HPT導致Ti-47Al-4(Cr, Nb, Mn, Si, B)合金產生alpha2-Ti3Al到gamma-TiAl的相轉變，並在位錯優先形核。位錯的柏氏矢量主要為[110]和[11-2]。HPT使粗晶層片狀結構被破斷，經動態再結晶形成的晶粒大約為5微米。