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                      超塑性鈦合金研究取得重要進展

                         2023-07-06 IP屬地 陜西中國科學院金屬研究所3370

                        超塑性成型技術有望解決復雜構件的成型問題,在航空航天等重要領域中有著廣闊的應用前景。然而,目前多數金屬超塑性成型的溫度較高且應變速率極為緩慢,這不僅增大了超塑性成型的能耗與時間,還使成型后的材料表面發生了嚴重的氧化,制約了該技術的廣泛應用。

                        為解決上述問題,中科院金屬研究所楊柯、任玲研究團隊與澳大利亞皇家墨爾本理工大學邱冬教授研究團隊合作,在前期開發的高性能雙相核殼納米結構Ti6Al4V5Cu合金基礎之上(Nature Communications, 2022, https://doi.org/10.1038/s41467-022-29782-8),設計并制備了具有多相納米網狀結構的新型鈦合金(圖1),它利用基體中的納米β網促進微納米晶圖片晶粒間的滑移與傾轉,并利用沿圖片/β相界釘扎的納米Ti2Cu相提高該納米網狀結構的穩定性(圖2),全面提升材料的超塑性變形能力。這一組織設計使材料的超塑性變形溫度較Ti6Al4V合金下降了約250℃,在750℃和應變速率高達1 s-1的條件下,它可以獲得超過900%的延伸率,意味著該材料超塑性變形的應變速率較現有材料提高了2~4個數量級(圖3)。在超塑性變形后,多相納米網狀結構合金的組織不會粗化長大,解決了材料超塑性變形能力與組織熱穩定性之間的固有矛盾(圖4),這對于推動超塑性成型技術的發展具有重要的意義。

                        相關研究成果以題為“Extraordinary superplasticity at low homologous temperature and high strain rate enabled by a multiphase nanocrystalline network”于7月4日在線發表于《國際塑性》(International Journal of Plasticity)期刊。金屬所王海助理研究員為第一作者,任玲研究員、邱冬教授為通訊作者。本研究得到了國家重點研發計劃項目、遼寧省自然科學基金面上項目、中國科學院金屬研究所創新基金項目的資助。

                        圖1. 多相納米網狀超塑性鈦合金的組織設計、制備與表征。(A)組織設計思路。(B)材料制備流程。(C)初始態組織的EBSD表征結果。(D)初始態組織的高分辨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制。(A-D)SEM組織演變。(E)應變分布圖。(F)晶?;婆c傾轉機制的示意圖。

                        圖3. 多相納米網狀Ti6Al4V5Cu合金的力學性能。(A)室溫拉伸性能。(B)高溫拉伸性能。(C)高溫拉伸應力-應變曲線。(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、織構強度、維氏硬度隨lnZ參數的變化。


                       
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