Ti基非晶复合材料形变诱发相变与变形行为的关系研究

In-situ formed amorphous alloy composites with deformation-induced phase transformation have attracted much interest due to the excellent properties and the extensive application prospect. However, the effect of the deformation-induced phase transformation on the deformation behaviors is still puzzled. In this project, the structure evolution and phase transformation behaviors of the in-situ formed Ti-based amorphous alloy composites during deformation are systemically studied by the in-situ high-energy X-ray diffraction and neutron diffraction techniques. The kinetics and the controlling factors of the phase transformation are studied. The influence of the phase transformation on the initiation of the shear bands in amorphous matrix and the dislocations in crystalline phases are discussed in detail. The project will benefit to establish the method for the structure analysis of the amorphous composite during deformation, reveal the mechanism of the phase transformation induced plasticity in amorphous composites, and provide a theoretical basis for the design and optimization of high-performance amorphous alloy composites.

具有形变诱发相变行为的内生非晶复合材料因其优异的性能和广泛的应用前景而倍受关注，但形变诱发相变行为本身及其对复合材料变形的作用机理目前尚不清楚。本项目利用同步辐射和中子衍射技术高强度和高穿透力的特点原位观察内生Ti基非晶复合材料的变形过程。通过系统研究具有不同体积分数、尺寸、形态第二相的复合材料变形过程中的组织结构演化规律，揭示复合材料中形变诱发相变行为发生和发展的动力学特征，探索形变诱发相变行为的类型及控制因素，阐明变形过程中形变诱发相变行为对复合材料中剪切带（基体非晶相）和位错（晶态相）萌生和扩展的影响规律及相互作用规律，建立非晶复合材料变形的细观力学模型，揭示非晶复合材料的变形机理，为设计和优化高性能非晶复合材料提供理论依据。

本工作通过系统研究具有不同体积分数、尺寸、形态第二相的复合材料变形过程中的组织结构演化规律，揭示复合材料结构和性能的关系。并进一步利用同步辐射技术原位观察内生Ti基非晶复合材料的变形过程，阐明变形过程中结构演变对复合材料中剪切带（基体非晶相）和位错（晶态相）萌生和扩展的影响规律及相互作用规律，建立非晶复合材料变形的细观力学模型，揭示非晶复合材料的变形机理。.利用高能X射线技术原位观察了铸态复合材料变形过程中的结构演化规律。结果显示，在材料的变形过程中存在由β相向α"相转变的形变诱发马氏体相变，该马氏体相变起始于材料的弹性变形阶段，而终止于塑性变形阶段，且该马氏体相变最先是发生在取向为[001]β平行于加载方向的β相晶粒中。形变过程中，马氏体相变会引起β相相应晶粒中应变松弛，并导致应力由β相向非晶基体转移，进而使得非晶基体中的应力分布变得不均匀。这会有利于非晶基体中剪切带的萌生，并阻碍其发展，从而显著提高非晶复合材料的塑性变形能力。.通过调整成分和制备工艺成功制备出了晶态枝晶相不同体积分数、不同尺寸和不同形貌的内生Ti基非晶复合材料。研究晶态相体积分数、晶态相尺寸、Nb元素添加及预加载处理等因素对非晶复合材料中形变诱发相变行为的影响。实验结果表明，冷却速度可以显著改变晶态相内部原子分布。当晶态相内部出现纳米尺寸的贫Zr团簇时，形变诱发相变的动力学特征会受到显著影响。类似的，预加载工艺也会使形变诱发相变的临界应力降低。相变在弹性阶段早期的发生会导致材料在塑形变形阶段萌生大量的剪切带并交互作用，这将显著提高非晶复合材料的塑形变形能力。研究明确了形变诱发相变行为的控制因素，阐明形变诱发相变行为对非晶复合材料变形的影响规律。并进一步通过有目的调控形变诱发相变行为的控制因素，达到优化非晶复合材料性能的目的。该研究将为设计和优化高性能非晶复合材料提供理论依据。