层状Ti/Al复合材料形变与断裂行为研究

发布时间：2024-01-27 07:44

　　层状金属结构材料能兼并各组元层的优异性能,达到强度和塑性的良好匹配。近几十年,研究学者对层状金属结构材料的变形行为进行了广泛的研究,并基于位错和剪切理论提出了一系列强化模型揭示其强韧化机理。在强化机制上获得了比较明确的结果,但在塑性变形机制上理论比较分散,且往往忽视了宏观层状结构对其变形行为的影响。针对层状结构设计同步提高金属结构材料强度和塑/韧性的形变机理,需要对其进行更为细致的研究。本文旨在从局域应力/应变分布的角度阐明层状结构对层状复合材料强韧化的影响机理,并揭示层状结构参数影响其力学行为的本质。通过工业纯Ti箔和纯Al箔的热轧制、退火,设计并制备了不同层厚结构参数的层状Ti/Al复合材料,并以此为研究模型材料。针对层状构型强韧化的科学问题,基于原位EBSD技术、原位中子衍射技术、数字图像关联技术(DIC)、同步辐射断层扫描技术(SR-CT)、原位高能X射线衍射技术(HEXRD)等,研究了层状复合材料“宏观塑性变形量—局域应力/应变分布—形变组织结构”间的关联响应机制,更深层次地揭示了层状构型强韧化机理。然后,在探明层状结构强韧化机理的前提下,研究了结构参数对层状材料力学性能的影...

【文章页数】：156 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
缩略词表
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 层状结构材料的构型设计及成型技术
        1.2.1 层状结构材料的构型设计
        1.2.2 层状结构材料的成型技术
    1.3 层状结构材料形变的影响因素
        1.3.1 层状材料界面特性
        1.3.2 层厚结构参数
        1.3.3 尺寸效应
        1.3.4 应力状态
    1.4 层状结构材料的强韧化机制
        1.4.1 层状结构材料的强化机制
        1.4.2 层状结构材料的塑性变形机制
    1.5 应力应变演化的可视化表征技术
        1.5.1 基于DIC的局域应变表征技术
        1.5.2 基于同步辐射的断裂损伤表征技术
    1.6 本文的主要研究内容
第2章 试验材料及研究方法
    2.1 试验用原材料
    2.2 研究方案
    2.3 层状Ti/Al复合材料的制备工艺
    2.4 材料的显微组织与结构分析
    2.5 材料的力学性能测试
        2.5.1 纳米压痕测试
        2.5.2 室温拉伸性能测试
    2.6 材料的塑性变形及断裂行为原位表征
        2.6.1 基于DIC的局域应变分布演化
        2.6.2 基于中子衍射的材料晶格应变演化
        2.6.3 基于原位EBSD及中子衍射的织构演化
        2.6.4 基于高能X射线衍射的应力分布及演化
        2.6.5 基于SR-CT成像技术的裂纹分布及演化
        2.6.6 基于晶体塑性理论的材料织构演化模拟
第3章 层状Ti/Al复合材料设计制备与组织性能表征
    3.1 前言
    3.2 材料体系选择与层厚设计
        3.2.1 材料体系选择
        3.2.2 材料层厚设计
    3.3 层状Ti/Al复合材料的制备
    3.4 层状Ti/Al复合材料的微观组织与力学性能
        3.4.1 层状Ti/Al复合材料的微观组织
        3.4.2 层状Ti/Al复合材料的界面表征
        3.4.3 层状Ti/Al复合材料的力学性能
    3.5 本章小结
第4章 典型等层厚层状Ti/Al复合材料的变形行为
    4.1 前言
    4.2 层状Ti/Al复合材料异质结构与力学性能
        4.2.1 异质层状结构的组织表征
        4.2.2 层状结构对层状Ti/Al力学性能的影响
    4.3 层状Ti/Al复合材料的晶格应变演化
        4.3.1 层状结构对层状Ti/Al形变阶段的影响
        4.3.2 层状构型下应力分区行为
    4.4 单层Ti材料局域应变分布演化
    4.5 层状Ti/Al复合材料局域应变分布演化
        4.5.1 层状结构下应变分区及转移行为
        4.5.2 Al层应变非局域化及Ti层应变局域化
        4.5.3 层状结构下Ti层抑制孪生行为
    4.6 层状Ti/Al复合材料的形变组织演化
        4.6.1 限制作用下Ti层晶粒转动行为
        4.6.2 限制作用下Ti的退孪生行为
        4.6.3 限制作用下Al层组织取向相关性
        4.6.4 限制作用下位错密度演化
    4.7 基于晶体塑性理论层状Ti/Al织构演化模拟
    4.8 本章小结
第5章 典型等层厚层状Ti/Al复合材料的断裂行为
    5.1 前言
    5.2 层状Ti/Al复合材料的断口分析
        5.2.1 基于二维的层状Ti/Al断口微裂纹分布
        5.2.2 基于三维的层状Ti/Al断口微裂纹分布
    5.3 层状Ti/Al复合材料的微裂纹萌生扩展行为
        5.3.1 内应力诱导界面微裂纹的萌生
        5.3.2 层状结构对微裂纹扩展的影响
        5.3.3 限制作用下Al层沿晶断裂行为
    5.4 微裂纹分布对层状Ti/Al变形行为的影响
    5.5 本章小结
第6章 不同层厚比层状Ti/Al复合材料力学行为
    6.1 前言
    6.2 不同层厚比层状Ti/Al复合材料的强化行为
    6.3 不同层厚比层状Ti/Al复合材料的变形行为
        6.3.1 层厚比对层状Ti-A复合材料形变阶段的影响
        6.3.2 层厚比对层状Ti/Al复合材料局域应变分布的影响
        6.3.3 层厚比对层状Ti/Al复合材料内应力分布的影响
        6.3.4 层厚比对层状Ti/Al复合材料裂纹分布的影响
    6.4 层厚比对层状Ti/Al力学性能的作用机理
        6.4.1 层厚比结构参数调控内应力分布
        6.4.2 内应力影响层状Ti/Al变形行为
    6.5 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
附件



本文编号：3886581