《連續柱狀晶組織Cu-12Al合金的塑性變形行為和機理》是依託北京科技大學，由黃海友擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：連續柱狀晶組織Cu-12Al合金的塑性變形行為和機理
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：黃海友
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
定向凝固方法製備的連續柱狀晶組織Cu-12Al合金具有高彈性、高導電性、高塑性等優異的綜合性能。其彈性模量可達168GPa，比鈹青銅QBe2高30%；室溫拉伸延伸率達到20％，是普通鑄造高鋁青銅合金QAl11-6-6的2.5倍。本項目擬通過對連續柱狀晶組織Cu-12Al合金塑性變形行為和機理的深入研究，闡明連續柱狀晶組織Cu-12Al合金具有高塑性變形能力的本質原因。重點研究連續柱狀晶組織Cu-12Al合金在塑性變形過程中微觀組織和織構的演化; 塑性變形過程中相變-形變的互動作用規律。著重解決連續柱狀晶材料塑性變形過程中位錯與晶界的作用機制，相變與形變的精確控制，柱狀晶晶界在變形過程中的協調作用等基礎科學問題。闡明連續柱狀晶組織與合金塑性性能的內在聯繫，發展連續柱狀晶材料的變形理論。本項目的研究結果不僅可為高性能高鋁青銅材料的高效製備加工提供理論指導，也可為發展材料變形理論作出貢獻。
結題摘要
本項目經過3年的研究工作，完成了項目計畫中的全部研究內容。並在原有研究內容所獲結果的基礎上，進一步開展了連續柱狀晶（CCG）組織Cu基形狀記憶合金（SMA）超彈性顯著提升機制研究和CCG組織合金力學行為的極端各向異性研究。項目取得的主要研究成果如下： 1. 闡明了CCG組織顯著提升低塑性難加工Cu-12Al(wt.%)合金室溫塑性的相關機制。具有單一β1’馬氏體相的CCG多晶Cu-12Al合金各晶粒沿軸向一致的<001>β生長織構，發生形變和相變時晶粒間的應變不協調較小，在晶界處引起的應力集中較小，從而有效避免了低應力下的晶間斷裂。抑制脆性相析出、織構增強形變、低能晶界特徵與晶界應變協調是CCG組織合金獲得高室溫塑性的重要原因。2. 發現了CCG組織馬氏體Cu-12Al合金相變-形變的相互促進作用。拉伸與拉拔變形時發生馬氏體再取向，β1’馬氏體相的基面向力軸轉動，促進了β1’至α1’馬氏體相變的完成。而馬氏體相變的完成使得材料的晶體學對稱性提高、滑移係數目增多，從而促進了進一步變形。該發現為提升應力誘導相變合金的變形能力提供了途徑。3. 將相變-形變的相互促進作用理論套用於提升多晶Cu-Al-Mn SMA的超彈性。CCG多晶Cu-Al-Mn的超彈性從普通多晶組織合金的3%顯著提高到10.1%以上，卸載後的殘餘應變小於0.3%，顯示出優異的超彈性性能。進一步證明了CCG組織可大幅提升金屬材料，特別是應力誘導相變材料的力學性能，為高性能多晶Cu基SMA的組織設計提供了新的思路。4. 研究了CCG組織Cu-Al-Mn的力學行為各向異性。當拉伸方向與凝固方向成不同角度（0°~ 90°）時，CCG 組織Cu-Al-Mn試樣的超彈性表現出超大各向異性，是單晶體超彈性各向異性的1.25倍。當沿凝固方向拉伸時，其超彈性達到16%，與單晶相當，但馬氏體相變臨界應力σMs為258.5MPa，是單晶的2~3倍；沿垂直凝固方向σMs與普通多晶相當，但超彈性是其2倍；而沿45°方向超彈性與普通多晶相當，但σMs達到521.9MPa以上是普通多晶的~1.5倍，展現出高超彈性和高強度。CCG組織Cu-Al-Mn合金超彈性的超大各向異性由晶粒取向和晶界共同作用產生。其中晶界對超彈性各向異性的影響具有明顯的取向依賴性，與晶粒取向依賴性作用疊加，使CCG合金超彈性各向異性超過單晶體。
