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金屬所等在非晶內生複合材料研究中取得進展

2020-07-30 金屬研究所
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  非晶內生β-Ti複合材料具有较大的临界形成尺寸、优异的力学性能和释能特性,应用前景广阔。针对应用目标实现組織結構与力学性能的有效调控,是相关研究的难点。 

  近日,中國科學院金屬研究所副研究员张龙、研究员张海峰等合作研究发现,当非晶內生複合材料中β-Ti相具有臨界的亞穩定性時(即在拉伸載荷作用下內生β相既不能保持穩定也不會轉變爲α'α"马氏体相),则非晶內生複合材料的应力-應變曲線上會出現明顯的鋸齒流變行爲。这与之前报道的非晶內生複合材料的拉伸力学行为明显不同,而是类似于单相非晶合金在压缩载荷作用下的锯齿流变行为,且该非晶內生複合材料在拉伸中的锯齿大小累积分布也服从类似的幂律分布规律。该非晶內生複合材料呈现剪切破坏模式,拉伸破坏后的微观组织中变形帶同时贯穿了β-Ti枝晶和局域非晶基體β-Ti枝晶中的變形帶主要由ω-Ti相組成,厚度約爲10nm,表明亞穩β相在變形過程中轉變爲了ω相。非晶內生複合材料的锯齿行为起源于这种新的塑性变形机制:非晶基体中剪切帶与亚稳β-Ti枝晶中ω-Ti帶的協同剪切機制。剪切帶與ω-Ti帶的協同剪切可以在單個枝晶的局域範圍(數十微米)內引發剪切失穩,但協同剪切變形帶會被周圍不同晶體取向的β-Ti枝晶所抑制。剪切帶/ω-Ti帶的协同剪切不断被激发和抑制导致了非晶內生複合材料出现了拉伸锯齿行为。ω的産生與協同剪切過程的高應變速率(可高達~103 s-1)有關,高應變速率激發1/2<111>β全位錯,由于ω相的自由能相對于亞穩β相更低,全位錯分解爲兩個1/12<111>β和一個1/3<111>β不全位錯,實現β相到ω相轉變。這種協同剪切機制與內生β相的亚稳定性密切相关。剪切帶与ω协同剪切机制的发现丰富了对非晶複合材料变形机制的认识,为开发兼具拉伸塑性和剪切破坏方式的高释能非晶內生複合材料提供了理论基础。 

  相关成果以“非晶內生亚稳β-Ti複合材料中的协同剪切”(Cooperative Shear in Bulk Metallic Glass Composites Containing Metastable β-Ti Dendrites)爲題,發表在Physical Review Letters上。研究工作得到科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、興遼英才計劃等支持。 

  論文链接 

非晶內生亚稳β-Ti複合材料的微观组织和拉伸应力-应变曲线

拉伸破坏后样品的微观组织,可见协同剪切的变形帶贯穿枝晶与非晶基体

β到ω的相轉變以及非晶內生複合材料中剪切帶与ω-Ti帶的协同剪切机制

打印 責任編輯:程博

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