《快速凝固製備Zr-Co-(Al)合金及其變形行為與強韌化機理》是依託昆明理工大學，由李才巨擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：快速凝固製備Zr-Co-(Al)合金及其變形行為與強韌化機理
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：李才巨
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
具有B2結構的韌性金屬間化合物在製備高強高韌新材料領域有良好的潛力和廣泛的套用前景，在近幾年引起了人們的濃厚興趣，但研究工作主要集中於大塊金屬玻璃方向，超細晶合金的研究還遠遠不夠。本項目將採用快速凝固技術製備Zr-Co-(Al)合金，結合Al含量的調整和快速凝固工藝的控制來調控合金的組織結構，以期獲得高性能超細晶B2相合金材料。並結合隨後的形變誘導馬氏體相變（DIMT）和相變誘導塑性（TRIP），全面提升材料的綜合力學性能。項目實施過程中，系統開展Al元素含量與製備工藝對合金組織結構和性能的影響、合金變形行為、DIMT及TRIP的行為與機理、合金的強韌化機理等方面的研究工作。通過本項目的實施，一方面為該合金的實際生產和套用提供可靠的理論與實驗依據，具有良好的實際套用價值；另一方面為弄清該合金的DIMT、TRIP和強韌化機理做出積極的貢獻，具有較重要的科學理論意義。
結題摘要
金屬間化合物大多具有高的硬度和強度，在製備高強度新材料領域有巨大的套用潛力，但大多數金屬間化合物在室溫下的塑韌性都比較差，嚴重影響這種新材料的規模化套用，亟需深入開展相關研究。本項目以生物材料和核反應堆結構材料等領域具有廣泛套用前景的Zr-Co基合金為研究對象，以高純Zr、Co、Al為原料，採用快速凝固技術製備Zr-Co-(Al)合金，系統研究了合金成分對Zr-Co基合金顯微組織結構與性能的影響、合金的變形行為與強韌化機理。結果表明：成分對Zr-Co基合金的顯微組織結構和性能有顯著的影響。隨著Al元素含量的提高，Zr50-x/2Co50-x/2Alx (x=0 ~10 at.%)合金由B2結構的ZrCo單相組織逐步過渡到Zr5Co7Al3金屬間化合物相和非晶相彌散分布在B2相基體上的復相組織，這使得合金的硬度升高，塑韌性下降；其中Zr49Co49Al2合金的室溫壓縮極限強度和硬度分別達到2.26GPa和406 HV，壓縮塑性超過50%，具有優異的綜合力學性能。Zr50Co50和Zr49Co49Al2合金在室溫壓縮過程中具有明顯的加工硬化行為，從而獲得了優異的室溫塑韌性和強度；隨著Al元素含量的增加，Zr50-x/2Co50-x/2Alx合金塑性變形階段的加工硬化行為減弱，室溫塑韌性和強度下降。Zr50-x/2Co50-x/2Alx合金在液氮溫度下也具有良好的綜合力學性能，且強度和塑性對比室溫均有所提高，快速凝固態Zr49Co49Al2合金的低溫極限壓縮強度比室溫提高了近1 GPa，Zr45Co45Al10合金的低溫塑性提高到接近室溫塑性的4倍（20.89%）。Zr50-x/2Co50-x/2Alx合金的室溫強化機理主要包括Al元素固溶強化、Zr5Co7Al3相和非晶相析出強化、加工硬化及形變誘導馬氏體強化，且隨著Al元素含量的增加，固溶強化和析出強化作用增強，馬氏體強化作用減弱；合金室溫變形過程沒有新增獨立滑移系，Zr50Co50和Zr49Co49Al2合金的優異室溫塑性主要來源於壓縮過程中的應變誘導B2相到B33相的馬氏體相變及相變誘導塑性。 本項目的實施一方面可為該合金的實際生產和套用提供可靠的理論與實驗依據，另一方面弄清了該合金的形變誘導馬氏體相變和相變誘導塑性及強韌化機理，具有較重要意義。
