Ti基非晶複合材料形變誘發相變與變形行為的關係研究

《Ti基非晶複合材料形變誘發相變與變形行為的關係研究》是依託東北大學，由牟娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：Ti基非晶複合材料形變誘發相變與變形行為的關係研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：牟娟
• 依託單位：東北大學

中文摘要

具有形變誘發相變行為的內生非晶複合材料因其優異的性能和廣泛的套用前景而倍受關注，但形變誘發相變行為本身及其對複合材料變形的作用機理目前尚不清楚。本項目利用同步輻射和中子衍射技術高強度和高穿透力的特點原位觀察內生Ti基非晶複合材料的變形過程。通過系統研究具有不同體積分數、尺寸、形態第二相的複合材料變形過程中的組織結構演化規律，揭示複合材料中形變誘發相變行為發生和發展的動力學特徵，探索形變誘發相變行為的類型及控制因素，闡明變形過程中形變誘發相變行為對複合材料中剪下帶（基體非晶相）和位錯（晶態相）萌生和擴展的影響規律及相互作用規律，建立非晶複合材料變形的細觀力學模型，揭示非晶複合材料的變形機理，為設計和最佳化高性能非晶複合材料提供理論依據。

結題摘要

本工作通過系統研究具有不同體積分數、尺寸、形態第二相的複合材料變形過程中的組織結構演化規律，揭示複合材料結構和性能的關係。並進一步利用同步輻射技術原位觀察內生Ti基非晶複合材料的變形過程，闡明變形過程中結構演變對複合材料中剪下帶（基體非晶相）和位錯（晶態相）萌生和擴展的影響規律及相互作用規律，建立非晶複合材料變形的細觀力學模型，揭示非晶複合材料的變形機理。 利用高能X射線技術原位觀察了鑄態複合材料變形過程中的結構演化規律。結果顯示，在材料的變形過程中存在由β相向α相轉變的形變誘發馬氏體相變，該馬氏體相變起始於材料的彈性變形階段，而終止於塑性變形階段，且該馬氏體相變最先是發生在取向為[001]β平行於載入方向的β相晶粒中。形變過程中，馬氏體相變會引起β相相應晶粒中應變鬆弛，並導致應力由β相向非晶基體轉移，進而使得非晶基體中的應力分布變得不均勻。這會有利於非晶基體中剪下帶的萌生，並阻礙其發展，從而顯著提高非晶複合材料的塑性變形能力。 通過調整成分和製備工藝成功製備出了晶態枝晶相不同體積分數、不同尺寸和不同形貌的內生Ti基非晶複合材料。研究晶態相體積分數、晶態相尺寸、Nb元素添加及預載入處理等因素對非晶複合材料中形變誘發相變行為的影響。實驗結果表明，冷卻速度可以顯著改變晶態相內部原子分布。當晶態相內部出現納米尺寸的貧Zr團簇時，形變誘發相變的動力學特徵會受到顯著影響。類似的，預載入工藝也會使形變誘發相變的臨界應力降低。相變在彈性階段早期的發生會導致材料在塑形變形階段萌生大量的剪下帶並互動作用，這將顯著提高非晶複合材料的塑形變形能力。研究明確了形變誘發相變行為的控制因素，闡明形變誘發相變行為對非晶複合材料變形的影響規律。並進一步通過有目的調控形變誘發相變行為的控制因素，達到最佳化非晶複合材料性能的目的。該研究將為設計和最佳化高性能非晶複合材料提供理論依據。