作者:杨柯等 来源:《国际塑性》 发布时间:2023/8/15 15:23:26
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超塑性钛合金研究获进展

 

超塑性成型技术有望解决复杂构件的成型问题,颇具应用前景。然而,目前多数金属超塑性成型的温度较高且应变速率极为缓慢,这增大了超塑性成型的能耗与时间,并使成型后的材料表面发生了严重的氧化,制约了该技术的广泛应用。 

中国科学院金属研究所杨柯、任玲研究团队,与澳大利亚皇家墨尔本理工大学邱冬研究团队合作,在前期开发的高性能双相核壳纳米结构Ti6Al4V5Cu合金基础上,设计并制备了具有多相纳米网状结构的新型钛合金(图1)。它利用基体中的纳米β网促进微纳米晶晶粒间的滑移与倾转,并利用沿/β相界钉扎的纳米Ti2Cu相提高该纳米网状结构的稳定性(图2),全面提升材料的超塑性变形能力。这一组织设计使材料的超塑性变形温度较Ti6Al4V合金下降约250℃,在750℃和应变速率高达1 s-1的条件下,可获得超过900%的延伸率,意味着该材料超塑性变形的应变速率较现有材料提高了2~4个数量级(图3)。在超塑性变形后,多相纳米网状结构钛合金的组织不会粗化长大,解决了材料超塑性变形能力与组织热稳定性之间的固有矛盾(图4),对于推动超塑性成型技术的发展具有重要意义。 

图1. 多相纳米网状超塑性钛合金的组织设计、制备与表征。(A)组织设计思路;(B)材料制备流程;(C)初始态组织的EBSD表征结果;(D)初始态组织的高分辨TEM观察。

图2. 原位SEM观察高温拉伸过程中材料的超塑性变形机制。(A-D)SEM组织演变;(E)应变分布图;(F)晶粒滑移与倾转机制的示意图。

图3. 多相纳米网状Ti6Al4V5Cu合金的力学性能。(A)室温拉伸性能;(B)高温拉伸性能;(C)高温拉伸应力-应变曲线;(D)不同材料的超塑性变形能力对比图。

图4. 多相纳米网状Ti6Al4V5Cu合金超塑性变形后的组织。(A)变形后的EBSD分析;(B)变形后的晶粒尺寸、织构强度、维氏硬度随lnZ参数的变化。

相关研究成果以Extraordinary superplasticity at low homologous temperature and high strain rate enabled by a multiphase nanocrystalline network为题,在线发表在《国际塑性》(International Journal of Plasticity)上。研究工作得到国家重点研发计划、辽宁省自然科学基金面上项目和金属所创新基金项目的支持。 (来源:中国科学院金属研究所)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103694

 
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