B2相韧塑化Ti基和Zr基块体非晶复合材料的结构调控及其力学性能研究
发布时间:2023-04-07 05:12
虽然块体非晶合金具有高强度、大弹性极限等优异的力学性能,但室温脆性和应变软化仍是其结构工程应用的关键瓶颈。主要原因在于其长程无序的原子排列,难以产生晶体材料中类似“位错”所带来的加工硬化机制,塑性变形集中在非常小的局部区域内(即剪切带),容易引起灾难性的脆性断裂。研究发现,在非晶基体中引入晶体相能够促进更多剪切带形成和抑制剪切带扩展,从而提高塑性变形能力。其中,引入可发生形变诱导相变的亚稳第二相制备“相变诱导塑性”韧塑化块体非晶复合材料,被认为是同时克服非晶合金的室温脆性和应变软化的有效手段之一。然而,“相变诱导塑性”韧塑化块体非晶复合材料中的晶体第二相形貌特征不易调控的问题仍然十分突出,尤其是在Ti基和Zr基合金体系中,亚稳晶体母相易联结、分布不弥散,组织结构可重复性差。这些因素会大幅弱化晶体相的韧塑化效果,降低力学性能的一致性。针对上述问题,本论文尝试通过微合金化调控内生析出与外加相变介质等手段来调控亚稳第二相的形貌特征,并进一步揭示了此类块体非晶复合材料的组织结构、马氏体相变及其在不同载荷下力学性能、变形行为特征的关联。论文的主要研究内容和结论包括以下几个方面:(1)针对Ti-C...
【文章页数】:184 页
【学位级别】:博士
【文章目录】:
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 绪论
2.1 非晶合金概述
2.1.1 块体非晶合金的发展
2.1.2 块体非晶合金的力学性能及应用前景
2.1.3 非晶合金的微观变形机制
2.2 块体非晶复合材料概述
2.2.1 外加第二相块体非晶复合材料的制备及其准静态力学行为
2.2.2 内生第二相块体非晶复合材料的制备及其准静态力学行为
2.3 “相变诱导塑性”韧塑化块体非晶复合材料概述
2.3.1 “相变诱导塑性”韧塑化CuZr基块体非晶复合材料
2.3.2 “相变诱导塑性”韧塑化Ti基块体非晶复合材料
2.3.3 其他体系“相变诱导塑性”韧塑化块体非晶复合材料
2.3.4 “相变诱导塑性”韧塑化块体非晶复合材料的韧塑化机理
2.4 块体非晶复合材料的动态力学行为
2.5 本文的研究背景、研究目的和主要研究内容
2.5.1 研究背景
2.5.2 研究目的
2.5.3 主要研究内容
3 实验材料与研究方法
3.1 实验材料
3.2 样品制备
3.2.1 真空电弧熔炼母合金
3.2.2 铜模吸铸法制备内生第二相块体非晶复合材料
3.2.3 渗流铸造法制备外加第二相块体非晶复合材料
3.3 组织分析及性能测试
3.3.1 物相及微观结构分析
3.3.2 热力学性能测试
3.3.3 力学性能测试
3.3.4 有限元模拟
4 Ta微合金化调控Ti45Cu41Ni9Zr5非晶合金的相形成与力学性能研究
4.1 引言
4.2 Ta微合金化调控Ti45Cu41Ni9Zr5非晶合金相形成及其作用机理
4.2.1 Ta微合金化对相形成的影响
4.2.2 Ta微合金化对相形成的影响机制探究
4.3 Ta微合金化对Ti45Cu41Ni9Zr5非晶合金准静态力学性能的影响
4.3.1 准静态压缩性能
4.3.2 准静态拉伸性能
4.4 分析与讨论
4.4.1 Ti45-xCu41Ni9Zr5Tax合金组织结构与力学性能的关联
4.4.2 Ti45-xCu41Ni9Zr5Tax合金力学性能拉压不对称性的成因
4.5 本章小结
5 外加TiNi丝制备块体非晶复合材料
5.1 引言
5.2 TiNi丝韧塑化Zr47Ti13Cu11Ni10Be16Nb3块体非晶复合材料的制备
5.2.1 渗流铸造工艺对非晶复合材料界面的影响
5.2.2 渗流铸造工艺对非晶复合材料压缩性能的影响
5.3 TiNi丝韧塑化Zr47Ti13Cu11Ni10Be16Nb3块体非晶复合材料的界面
5.3.1 界面结构
5.3.2 界面微区力学性能
5.4 外加TiNi丝韧塑化其它合金体系块体非晶复合材料的可行性
5.5 本章小结
6 TiNi丝块体非晶复合材料的准静态力学行为研究
6.1 引言
6.2 TiNi丝韧塑化Zr47Ti13Cu11Ni10Be16Nb3块体非晶复合材料的准静态压缩力学行为
6.2.1 准静态压缩性能
6.2.2 准静态压缩变形行为
6.2.3 准静态压缩断裂模式
6.2.4 马氏体相变在准静态压缩力学行为中的作用
6.2.5 马氏体相变的作用及其动力学模型
6.3 TiNi丝韧塑化Zr47Ti13Cu11Ni10Be16Nb3块体非晶复合材料的准静态拉伸力学行为
6.3.1 准静态拉伸性能
6.3.2 准静态拉伸变形行为
6.3.3 马氏体相变在准静态拉伸力学行为中的作用及机制
6.4 拉压力学性能不对称性的成因
6.5 准静态力学性能的一致性
6.6 外加TiNi丝韧塑化Ti基块体非晶复合材料的力学性能
6.7 本章小结
7 B2相韧塑化块体非晶复合材料的动态力学行为研究
7.1 引言
7.2 Zr46.25Cu48Al4Ag1Sn0.75块体非晶复合材料动态力学测试样品的制备
7.3 Zr46.25Cu48Al4Ag1Sn0.75块体非晶复合材料的动态压缩性能及变形机制
7.3.1 动态压缩性能
7.3.2 动态压缩变形机制
7.4 Zr46.25Cu48Al4Ag1Sn0.75块体非晶复合材料动态力学行为的影响因素
7.4.1 应变率的影响及其机制
7.4.2 B2相体积分数的影响及其机制
7.5 Zr46.25Cu48Al4Ag1Sn0.75块体非晶复合材料的动态变形模拟研究
7.6 TiNi丝韧塑化Zr47Ti13Cu11Ni10Be16Nb3块体非晶复合材料的动态力学性能
7.7 本章小结
8 总结
8.1 结论
8.2 创新点
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号:3785157
【文章页数】:184 页
【学位级别】:博士
【文章目录】:
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 绪论
2.1 非晶合金概述
2.1.1 块体非晶合金的发展
2.1.2 块体非晶合金的力学性能及应用前景
2.1.3 非晶合金的微观变形机制
2.2 块体非晶复合材料概述
2.2.1 外加第二相块体非晶复合材料的制备及其准静态力学行为
2.2.2 内生第二相块体非晶复合材料的制备及其准静态力学行为
2.3 “相变诱导塑性”韧塑化块体非晶复合材料概述
2.3.1 “相变诱导塑性”韧塑化CuZr基块体非晶复合材料
2.3.2 “相变诱导塑性”韧塑化Ti基块体非晶复合材料
2.3.3 其他体系“相变诱导塑性”韧塑化块体非晶复合材料
2.3.4 “相变诱导塑性”韧塑化块体非晶复合材料的韧塑化机理
2.4 块体非晶复合材料的动态力学行为
2.5 本文的研究背景、研究目的和主要研究内容
2.5.1 研究背景
2.5.2 研究目的
2.5.3 主要研究内容
3 实验材料与研究方法
3.1 实验材料
3.2 样品制备
3.2.1 真空电弧熔炼母合金
3.2.2 铜模吸铸法制备内生第二相块体非晶复合材料
3.2.3 渗流铸造法制备外加第二相块体非晶复合材料
3.3 组织分析及性能测试
3.3.1 物相及微观结构分析
3.3.2 热力学性能测试
3.3.3 力学性能测试
3.3.4 有限元模拟
4 Ta微合金化调控Ti45Cu41Ni9Zr5非晶合金的相形成与力学性能研究
4.1 引言
4.2 Ta微合金化调控Ti45Cu41Ni9Zr5非晶合金相形成及其作用机理
4.2.1 Ta微合金化对相形成的影响
4.2.2 Ta微合金化对相形成的影响机制探究
4.3 Ta微合金化对Ti45Cu41Ni9Zr5非晶合金准静态力学性能的影响
4.3.1 准静态压缩性能
4.3.2 准静态拉伸性能
4.4 分析与讨论
4.4.1 Ti45-xCu41Ni9Zr5Tax合金组织结构与力学性能的关联
4.4.2 Ti45-xCu41Ni9Zr5Tax合金力学性能拉压不对称性的成因
4.5 本章小结
5 外加TiNi丝制备块体非晶复合材料
5.1 引言
5.2 TiNi丝韧塑化Zr47Ti13Cu11Ni10Be16Nb3块体非晶复合材料的制备
5.2.1 渗流铸造工艺对非晶复合材料界面的影响
5.2.2 渗流铸造工艺对非晶复合材料压缩性能的影响
5.3 TiNi丝韧塑化Zr47Ti13Cu11Ni10Be16Nb3块体非晶复合材料的界面
5.3.1 界面结构
5.3.2 界面微区力学性能
5.4 外加TiNi丝韧塑化其它合金体系块体非晶复合材料的可行性
5.5 本章小结
6 TiNi丝块体非晶复合材料的准静态力学行为研究
6.1 引言
6.2 TiNi丝韧塑化Zr47Ti13Cu11Ni10Be16Nb3块体非晶复合材料的准静态压缩力学行为
6.2.1 准静态压缩性能
6.2.2 准静态压缩变形行为
6.2.3 准静态压缩断裂模式
6.2.4 马氏体相变在准静态压缩力学行为中的作用
6.2.5 马氏体相变的作用及其动力学模型
6.3 TiNi丝韧塑化Zr47Ti13Cu11Ni10Be16Nb3块体非晶复合材料的准静态拉伸力学行为
6.3.1 准静态拉伸性能
6.3.2 准静态拉伸变形行为
6.3.3 马氏体相变在准静态拉伸力学行为中的作用及机制
6.4 拉压力学性能不对称性的成因
6.5 准静态力学性能的一致性
6.6 外加TiNi丝韧塑化Ti基块体非晶复合材料的力学性能
6.7 本章小结
7 B2相韧塑化块体非晶复合材料的动态力学行为研究
7.1 引言
7.2 Zr46.25Cu48Al4Ag1Sn0.75块体非晶复合材料动态力学测试样品的制备
7.3 Zr46.25Cu48Al4Ag1Sn0.75块体非晶复合材料的动态压缩性能及变形机制
7.3.1 动态压缩性能
7.3.2 动态压缩变形机制
7.4 Zr46.25Cu48Al4Ag1Sn0.75块体非晶复合材料动态力学行为的影响因素
7.4.1 应变率的影响及其机制
7.4.2 B2相体积分数的影响及其机制
7.5 Zr46.25Cu48Al4Ag1Sn0.75块体非晶复合材料的动态变形模拟研究
7.6 TiNi丝韧塑化Zr47Ti13Cu11Ni10Be16Nb3块体非晶复合材料的动态力学性能
7.7 本章小结
8 总结
8.1 结论
8.2 创新点
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号:3785157
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