《輕質Ti基非晶複合材料β枝晶相細觀結構增韌機理》是依託北京科技大學，由郝國建擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：輕質Ti基非晶複合材料β枝晶相細觀結構增韌機理
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：郝國建
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
新型輕質Ti基非晶複合材料，由於其優異的綜合力學性能及潛在的套用前景,已成為國內外研究熱點。本項目針對新型β相增韌的Ti基非晶複合材料強韌化設計中所存在的問題，對複合材料中β相與非晶基體之間細觀力學行為進行深入的研究。通過定向凝固技術精確控制析出β枝晶相的細觀尺度，研究β相的形成規律及其細觀結構尺度參量(枝晶尖端曲率半徑、枝晶臂間距等)與表征複合材料力學性能的尺度參量(剪下頻寬度、剪下帶間距等)之間的關聯性，揭示β枝晶相與非晶基體細觀互動作用本質, 進而明晰剪下帶萌生機制，揭示複合材料形變機理和斷裂機制。最終得到β-Ti枝晶相對複合材料增強增韌的作用機理, 獲得更高性能的Ti基非晶複合材料,為設計高性能Ti基非晶複合材料提供理論參考及依據。
結題摘要
非晶合金結構獨特的使其具備諸多傳統晶態合金無法比擬的物理與力學優點，從而成為近年材料界研究的熱點。但是非晶合金的主要缺點即剪下帶高度局域化使其無室溫塑性，常發生突然失效的災難性斷裂。內生晶體增韌的非晶複合材料是在非晶基體上通過控制成分和冷卻速率原位生成韌性晶體相，從而使得到材料室溫下不僅具有非晶合金高強度、高硬度等，同時具有晶體的塑性，具有廣泛的套用前景。本文主要研究枝晶增韌Ti基非晶複合材料力學性能與變形機制： 1. 通過一定的合金成分設計與探索，用Bridgman定向凝固工藝石墨體加熱方式在合金Ti-Zr-Be-V-Cu體系中製備出晶體相分布均勻、體積分數和晶體相尺寸可調的兩相複合材料。室溫準靜態壓縮結果表明：該材料枝晶體積分數、枝晶相尺寸對其力學性能有重要作用。速率為1.6 mm/s 的Ti基非晶複合材料具有最佳的力學性能斷裂強度為3000 MPa，斷裂應變為31.5 %；透射電鏡分析壓縮後的斷口表明晶體相中產生大量位錯；界面處通過非晶體的局部有序化實現剪下帶形核。 2. 室溫下Ti基非晶複合材料單向拉伸屈服強度、斷裂強度與斷裂總應變分別為1380 MPa，1516 MPa，4.3 %；晶體相在壓縮與拉伸變形時經歷不同的塑性（點陣參數不同）變形導致拉伸與壓縮表現出不一致力學性能；通過原位TEM拉伸試驗來研究了剪下帶形成、演化擴展、與裂紋擴展行為，結果表明裂紋尖端產生塑性變形區和剪下轉換區，試樣斷裂前塑性變形區和剪下轉換區是裂紋擴展的主要方式。 3. 動態力學結果表明：在準靜態載入條件下，複合材料TZ1 （枝晶相細小，8 μm）和TZ2（枝晶相粗大，32 μm）均具有高強度（超過1680 MPa）和高塑性（約15 %）。但動態載入下，TZ1合金髮生脆性斷裂；TZ2合金的強度與塑性（10 %）均降低。機理研究表明：準靜態與動態條件下的溫度上升可達到103 K；在動態條件下，細小的枝晶相不能有效限制剪下帶的擴展，TZ2合金的動態塑性主要與其枝晶相的尺寸有關。
