《基於應力誘發馬氏體相變的鈦合金疲勞行為及機理研究》是依託長沙理工大學，由李聰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於應力誘發馬氏體相變的鈦合金疲勞行為及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李聰
- 依託單位：長沙理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鈦合金以其優異的性能迅速發展成為重大工程領域、高技術領域不可或缺的關鍵材料，其服役過程中的疲勞穩定性是研究熱點之一。應力誘發馬氏體相變在鈦合金強韌化調控方面擁有巨大套用潛力。但是目前缺乏基於應力誘發馬氏體相變的鈦合金疲勞行為及機理的研究。本項目擬以亞穩β鈦合金為研究對象，研究鈦合金在交變載荷作用下的應力誘發馬氏體相變行為；對鈦合金進行疲勞試驗，研究微觀組織、載入溫度對應力誘發馬氏體相變和疲勞行為的影響規律；結合疲勞變形過程中的結構觀察與應力分析，進一步明晰基於應力誘發馬氏體相變的疲勞損傷微觀機制，揭示相變-疲勞互動作用機理，建立基於微觀相變的鈦合金疲勞壽命預測模型。該項目探索利用微觀相變提高金屬材料疲勞性能的可能性，為鈦合金的安全服役提供一定的指導，同時對豐富鈦合金疲勞理論具有重要意義。
結題摘要
本項目製備了兩種新型具有應力誘發馬氏體相變的鈦合金，較為系統地表征了多種熱處理狀態下合金的顯微組織、準靜態力學性能及斷口特徵，研究了鈦合金在交變載荷作用下的應力誘發馬氏體相變行為及應變-應變回響，區分了拉伸與壓縮狀態下合金不同的力學行為，發現了循環載入過程中前次相變對後次相變的阻礙作用，運用有限元方法對合金載入過程中的應力狀態進行了較為系統的模擬分析，發現了變形與相變過程中應力分布不均的情況。對鈦合金進行了疲勞試驗，研究了微觀組織、載入溫度對應力誘發馬氏體相變和疲勞行為的影響規律，研究發現隨著載入的不斷進行，試樣內部引入大量位錯與界面，這些位錯與界面對馬氏體的長大產生定扎作用，因此一定循環周次後，應力誘發馬氏體相變的臨界誘發應力接近合金的屈服強度，試樣的力學行為趨於正常化。β相晶粒尺寸對合金的疲勞性能影響較為不明顯，隨著晶粒尺寸的增加，相變臨界誘發應力值增加，但在一定周次後相變影響趨於消失。不同體積的α相微觀組織成分含量對鈦合金的力學性能表現出不同差異。在疲勞載入過程中，發現β相的Ms大小對合金疲勞裂紋擴展門檻值及Pairs區裂紋擴展行為影響不明顯，但是對試樣的疲勞壽命影響較大。在這些多相鈦合金中，縱橫交錯的針狀α相相比與近球狀α相，更能阻礙疲勞裂紋的擴展，有著較低的疲勞裂紋擴展速率。通過EBSD研究了試樣內部的應力狀態，發現殘餘應力在不同晶粒之間大小不一。合金的全壽命曲線可以近似地用指數函式進行模擬，其形式與Basquin模型相似，公式中考慮了馬氏體的影響。本項目挖掘應力誘發馬氏體相變在鈦合金套用領域的潛力，探索利用微觀相變提高金屬材料疲勞性能的可能性，是一種新的嘗試，為鈦合金的安全服役提供一定的指導，同時對豐富鈦合金疲勞理論具有重要意義。
