【摘 要】
:
具有形变诱发相变行为的非晶复合材料因其兼具非晶合金的高强度、晶体的优良塑性变形能力和良好的加工硬化能力而被研究人员广泛关注。但是与大多数非晶复合材料相同,由于非晶基体中剪切带萌生的偶发性和非受控扩展,在力学性能上表现出可重复性差的特点,这极大的限制了其实际应用。幸运的是,在具有形变诱发相变行为的非晶复合材料中相变的发生可以有效调节复合材料中的应力分配,与剪切带的萌生与扩展息息相关。因此尝试通过应力
论文部分内容阅读
具有形变诱发相变行为的非晶复合材料因其兼具非晶合金的高强度、晶体的优良塑性变形能力和良好的加工硬化能力而被研究人员广泛关注。但是与大多数非晶复合材料相同,由于非晶基体中剪切带萌生的偶发性和非受控扩展,在力学性能上表现出可重复性差的特点,这极大的限制了其实际应用。幸运的是,在具有形变诱发相变行为的非晶复合材料中相变的发生可以有效调节复合材料中的应力分配,与剪切带的萌生与扩展息息相关。因此尝试通过应力调控马氏体相变的动力学特征对改善非晶复合材料塑性及性能可重复性有着重要的意义。本文以具有形变诱发相变行为的Ti45.7Zr33Ni3Cu5.8Be12.5(ZT-M)非晶复合材料为研究对象,在弹性变形阶段600 MPa-1100 MPa应力范围内设计了轴向预压缩、横向预压缩、轴向预拉伸以及循环加载和应力保持的方法,成功的对形变诱发相变行为进行了调控,系统地研究了不同加载应力、不同加载方式对合金组织结构、力学性能和变形机制的影响规律。铸态ZT-M非晶复合材料的屈服强度、抗压强度和塑性应变量分别为1463 MPa、1896MPa、5.9%。横向预加载工艺中,在垂直于样品长轴方向进行600MPa至1100MPa单次和循环10次单轴预压缩。结果显示,单次和多次预压缩处理均不能有效的改善非晶复合材料力学性能及可重复性。这是由于横向预压缩预制的马氏体在长轴方向进行性能测试的过程中易于发生逆相变,难以保留到塑性变形阶段,未参与剪切带的诱导萌发和受控扩展过程。使得预处理后样品的剪切带萌生与扩展方式和铸态相近。轴向预压缩处理工艺中,在平行于样品长轴方向进行了 600 MPa至1100 MPa单次和循环10次单轴预压缩、900 MPa保压(10min、30min)预加载、900 MPa循环30次预加载。结果表明,不同应力单次预压缩处理后合金的抗压强度和塑性变形能力均较铸态样品有所提高。循环10次预压缩后性能进一步提升,随着处理应力增加,抗压强度和塑性应变量呈现先上升后下降的趋势。其中900 MPa循环10次处理后表现出良好的综合力学性能。在该应力下进行保压和循环预加载结果显示,材料的强度、塑性及可重复性随着保压时间和加载周次的增加同时提高。900MPa应力保持30min的力学性能提升最为明显,屈服强度、抗压强度、塑性应变量分别为1628 MPa、2046 MPa、8.1%,较铸态样品分别提升了 11.3%、8%和37.7%。这是因为轴向预压缩处理优先预制特定取向的马氏体,压缩试验时能够促进马氏体相变的发生,起到了调节样品中应力分配的作用。变形过程中马氏体相进一步通过生成形变孪晶,协调了合金整体的塑性变形。进一步通过离散系数评价了 900 MPa应力保持30分钟ZT-M合金性能的可重复性。与原始样品相比,屈服强度、抗压强度、塑性应变量离散系数分别降低了 0.022、0.015、0.024,可重复性提高了 102.9%、100.5%、15.7%。这是由于900MPa略高于应力诱发马氏体相变的临界应力,预制马氏体片层间距细小,诱导高密度剪切带萌生,断口上显示出大片熔融的非晶相涂覆在晶态相上,部分区域该能观察到剧烈变形产生的“绳状构造”。轴向预拉伸处理工艺中,在平行于样品长轴方向进行了 600 MPa至1100 MPa单次和循环10次单轴预压缩、1000 MPa保压(10 min、30min)预加载、1000 MPa循环30次预加载。结果表明,轴向单次预拉伸处理可以明显提高材料的力学性能及可重复性,不同应力之间区别不明显。这是由于拉应力状态下,优先生成的马氏体取向为[001]α"//[110]β//加载轴方向,该取向α"马氏体相与亚稳β相晶格畸变量更小,相变更容易发生。循环周次增加到10次后发现,随着预处理应力提高材料的抗压强度和塑性应变量呈现先下降后上升的趋势,其中1000 MPa处理后抗压强度和塑性变形量均提高,表现出优异的综合性能。进一步1000 MPa保压和循环预加载结果显示,材料的强度、塑性及可重复性与保压时间和加载周次呈正相关,1000 MPa预拉伸保持30 min的样品组的抗压强度可达2019MPa,还具有更好的塑性变形能力及可重复性,塑性应变量达到了 7.9%,弹性模量、抗压强度和塑性可重复性均较铸态样品提高了 302.9%、30.7%、74.4%。从样品的侧面形貌均观察到剪切带的密度增加,扩展路径弯曲,相变晶粒周围多重剪切带的萌生,试样断口上非晶熔融区域增加,脉络纹变短。
其他文献
由于介孔二氧化硅微球具有高的比表面积、可调的孔径和形貌,已经被广泛应用在催化、吸附、分离、能源转化和环境净化等热门领域。目前,二氧化硅微球的制备仍存在许多问题,例如:制备工艺复杂、微球之间严重粘连、球形度差和重复率低等。针对以上问题,本论文采用一锅法,在简单的硅前驱体/表面活性剂/酸(aq.)合成体系中,加入聚乙烯醇(PVA)作为单一添加剂,成功制备出了 SBA-15型介孔二氧化硅微球和“球上球”
β型钛合金具有良好的力学性能、耐腐蚀性和生物相容性,而且其杨氏模量显著低于α和α+β型钛合金,可有效降低合金植入人体因杨氏模量偏高而引起的应力屏蔽效应,在生物医疗等领域应用前景广阔。本论文选取了 一种典型的无毒性的β钛合金Ti-26at.%Nb(下文简称Ti-26Nb)为研究对象,采用轧制法制备出厚度为0.55mm~0.06mm的合金薄带。利用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)和电子背散射衍射(E
随着我国铁路建设的快速发展,对铁路建设用钢的力学性能、耐大气腐蚀性能的要求也在不断提高。耐候H型钢断面设计合理、强度高、自重轻且耐大气腐蚀性能优异,在节约成本、提升性能的基础上,既缩短了施工周期又延长了使用寿命,近年来逐渐成为铁路建设用钢的重点研究对象。针对铁路建设用钢服役环境特点,本文在合理设计成分的基础上优化热轧工艺研制出了符合标准要求的Q450NQR1耐候H型钢。主要研究内容和结果如下:(1
航天航空领域目前对零部件的服役要求越发严格,除了安全性、使用寿命外,结构一体化以及轻量化也成为其考虑的重要因素。传统的焊接、铆接、锻造等不能直接生产出满足条件的结构件,激光增材制造技术弥补了传统工艺的缺点,可实现复杂结构件的一体化生产,在航空航天领域推广迅速。钛合金作为强度高的轻质合金,与激光增材制造技术相结合,为航空航天领域零部件的生产提供了新的机遇。因此研究激光增材制造钛合金结构件有着重要的应
由矿焦异质颗粒填充的高炉是典型的气固逆流反应器,其中存在着复杂的多相物理化学以及传输现象,尤其随着高炉的规模化与大型化,高炉内的工作环境变得更加复杂、恶劣而又难以监测,使得理解炉内的传输现象和准确调控变得更具有挑战性。高炉的透气性、合理压差是高炉顺行,低焦比,高喷煤的关键指标和参数之一,维持高炉料柱合理的透气性是保证合理的煤气流分布、高效的气固热交换和还原反应的基础。本研究基于此背景,考虑到高炉炉
探索冶金熔渣物理性质与熔体结构的关系有利于深入理解熔渣冶金功能的微观结构本质,对于冶金渣系设计,进而改善冶金效果具有指导意义。本论文以LF钢包渣为研究对象,针对钢包渣在冶炼过程中的成分变化,先后通过实验测定了熔渣的熔体结构与黏度,并在此基础上,基于熔渣网络流动理论,建立了熔渣黏度预测模型,实现了对熔渣黏度的准确预测。采用Raman光谱测定了熔渣的熔体结构,检测结果表明,熔渣中Fe3+以[FeO4]
金属电弧增材制造(Wire and Arc Additive Manufacturing,WAAM)技术是指采用电弧作为热源,将金属丝材熔化,并在程序的控制下逐层沉积成形,制造出接近产品形状和尺寸要求的三维金属坯件。与以激光和电子束为热源的金属增材制造技术相比,WAAM具有丝材利用率高、沉积速度快、制造成本低,易于实现大尺寸零件的制造等优点。然而,WAAM技术本质是连续堆焊过程,因此焊接所遇到的问
含铜抗菌铁素体不锈钢由于具备制备过程简单、生产成本较低和人体安全性等优点是抗菌金属材料研究的热点方向之一,在医疗器械、家用厨电、民间结构材料等领域应用的优势更加明显。低熔点元素锡在钢中通常被认为是有害元素,然而,其对细化不锈钢的显微组织、提高力学性能和耐腐蚀性能等方面的积极影响不容忽视。另外,锡和铜在抗菌不锈钢中的协同作用机理的深入理解对开发一种新型替代材料的意义深长悠远。本文以含锡铜430L铁素
近年来,为减少能源的消耗,轻量化合金的发展十分迅速,特别是在汽车、航空飞机、高铁轨道、3C产品等轻量化领域中应用的镁锂合金。除了质轻外,这些产品也要求高的强度指标,通过合金化、大塑性变形获取高强度和优良塑性的超轻镁锂合金意义重大。本文将新型Mg-2.76Li-3Al-2.6Zn-0.39Y合金作为研究对象,通过熔铸、均匀化、多向锻造和热轧工艺获得细晶合金板材,借用OM、XRD、TEM等表征手段分析
随着钢铁行业绿色化、信息化和智能化的发展,传统的模型自学习方式因调节的滞后性导致质量余材较多,已逐渐不适应热轧带钢定制化生产的要求,亟需增强模型参数的精准设定和动态自适应能力。神经网络因其具有非线性映射和良好的泛化能力,在热轧领域也获得了较多的应用,但将神经网络与热轧数学模型相结合并应用于在线设定和自适应计算的情形并不多见,随着智能化轧制技术的发展,也迫切需要结合神经网络与现有的轧制模型来建立具有