金屬所等在超塑性鈦合金研究中獲進(jìn)展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】超塑性成型技術(shù)有望解決復(fù)雜構(gòu)件的成型問題，頗具應(yīng)用前景。然而，目前多數(shù)金屬超塑性成型的溫度較高且應(yīng)變速率極為緩慢，這增大了超塑性成型的能耗與時(shí)間，并使成型后的材料表面發(fā)生了嚴(yán)重的氧化，制約了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。 注冊儀表網(wǎng)，馬上發(fā)布/獲取信息

中國科學(xué)院金屬研究所楊柯、任玲研究團(tuán)隊(duì)，與澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)邱冬研究團(tuán)隊(duì)合作，在前期開發(fā)的高性能雙相核殼納米結(jié)構(gòu)Ti₆Al₄V₅Cu合金基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制備了具有多相納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新型鈦合金（圖1）。它利用基體中的納米β網(wǎng)促進(jìn)微納米晶α晶粒間的滑移與傾轉(zhuǎn)，并利用沿α/β相界釘扎的納米Ti₂Cu相提高該納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（圖2），全面提升材料的超塑性變形能力。這一組織設(shè)計(jì)使材料的超塑性變形溫度較Ti₆Al₄V合金下降約250℃，在750℃和應(yīng)變速率高達(dá)1 s^-1的條件下，可獲得超過900%的延伸率，意味著該材料超塑性變形的應(yīng)變速率較現(xiàn)有材料提高了2~4個(gè)數(shù)量級（圖3）。在超塑性變形后，多相納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦合金的組織不會(huì)粗化長大，解決了材料超塑性變形能力與組織熱穩(wěn)定性之間的固有矛盾（圖4），對于推動(dòng)超塑性成型技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。 

相關(guān)研究成果以Extraordinary superplasticity at low homologous temperature and high strain rate enabled by a multiphase nanocrystalline network為題，在線發(fā)表在《國際塑性》（International Journal of Plasticity）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、遼寧省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和金屬所創(chuàng)新基金項(xiàng)目的支持。 

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圖1. 多相納米網(wǎng)狀超塑性鈦合金的組織設(shè)計(jì)、制備與表征。（A）組織設(shè)計(jì)思路；（B）材料制備流程；（C）初始態(tài)組織的EBSD表征結(jié)果；（D）初始態(tài)組織的高分辨TEM觀察。

 圖2. 原位SEM觀察高溫拉伸過程中材料的超塑性變形機(jī)制。(A-D）SEM組織演變；（E）應(yīng)變分布圖；（F）晶粒滑移與傾轉(zhuǎn)機(jī)制的示意圖。

 圖3. 多相納米網(wǎng)狀Ti₆Al₄V₅Cu合金的力學(xué)性能。（A）室溫拉伸性能；（B）高溫拉伸性能；（C）高溫拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；（D）不同材料的超塑性變形能力對比圖。
 

圖4. 多相納米網(wǎng)狀Ti₆Al₄V₅Cu合金超塑性變形后的組織。（A）變形后的EBSD分析；（B）變形后的晶粒尺寸、織構(gòu)強(qiáng)度、維氏硬度隨lnZ參數(shù)的變化。