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    【進(jìn)展】超塑性鈦合金研究取得重要進(jìn)展
    
              
    
                2023-07-06 14:25:56
                作者：中國科學(xué)院金屬研究所                來源：中國科學(xué)院金屬研究所 
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    超塑性成型技術(shù)有望解決復(fù)雜構(gòu)件的成型問題，在航空航天等重要領(lǐng)域中有著廣闊的應(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(fā)生了嚴(yán)重的氧化，制約了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。 
    

    　　為解決上述問題，中科院金屬研究所楊柯、任玲研究團(tuán)隊與澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)邱冬教授研究團(tuán)隊合作，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)之上（Nature Communications, 2022, https://doi.org/10.1038/s41467-022-29782-8），設(shè)計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)微納米晶圖片晶粒間的滑移與傾轉(zhuǎn)，并利用沿圖片/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)計使材料的超塑性變形溫度較Ti6Al4V合金下降了約250℃，在750℃和應(yīng)變速率高達(dá)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(yīng)變速率較現(xiàn)有材料提高了2~4個數(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），這對于推動超塑性成型技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。 
    　　相關(guān)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(fā)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(fā)計劃項目、遼寧省自然科學(xué)基金面上項目、中國科學(xué)院金屬研究所創(chuàng)新基金項目的資助。 
    

    

    圖1. 多相納米網(wǎng)狀超塑性鈦合金的組織設(shè)計、制備與表征。（A）組織設(shè)計思路。（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。
                     
      
    
            
    
            
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