Ti基内生非晶复合材料流变成形的凝固行为及组织控制
批准号:
52074257
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
朱正旺
依托单位:
学科分类:
材料冶金加工
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱正旺
中文摘要
兼具高强和高韧特性的非晶复合材料在国防军工、航空航天、交通运输和石油化工等领域具有重要的应用前景,短流程、近终形制备成形技术及理论缺失已成为限制其应用的“瓶颈”问题。本项目以内生枝晶相Ti基非晶复合材料为研究对象,以非晶复合材料流变成形过程的凝固行为与组织控制为目标,围绕非晶复合材料熔体半固态组织结构形成规律及机制、流变成形过程的组织演变以及流变成形非晶复合材料的力学响应等关键科学问题,建立半固态非晶复合材料熔体凝固模型,明确非枝晶组织形成条件及机制,充分认识热-力耦合作用下半固态流变成形过程中微观组织的演变规律及机制,探明流变成形非晶复合材料微观结构与力学性能之间关系,为内生非晶复合材料流变成形与组织调控奠定基础,推动内生非晶复合材料的实际工程应用。
英文摘要
Bulk metallic glass composites (BMGCs) with high strength and high toughness have significant application prospects in the fields of defense military, aerospace, transportation and petrochemicals, etc.. Near-net-shape forming technology is the key to their applications and is currently the bottleneck problem. This project will select Ti-based BMGCs with the in-situ formed ductile phase to study the solidification behaviors and microstructure control during rheological forming process. The key fundamentals including microstructure evolution of semi-solid slurry and rheological forming process, the mechanical response of the rheological formed BMGCs will be revealed. A model describing the solidification behaviors of semi-solid BMGC slurry will be established to clarify the formation conditions and mechanism of non-dendritic structure. In the thermal-mechanical coupled field, the law and mechanism of microstructure evolution will be fully understood during semi-solid rheological forming process. The relationship between the structure and mechanical properties of rheological formed BMGCs will be explored. These findings will lay a solid foundation for rheological forming and microstructure regulation, and promote the practical engineering application of in-situ BMGCs.
本项目针对非晶复合材料构件短流程、近终形制备技术及成形理论缺失的“瓶颈”难题,开展了系统的研究工作,揭示了非晶复合材料的半固态组织结构形成规律及机制、流变成形过程的组织演变规律以及流变成形非晶复合材料的微观组织与力学性能关系,为发展非晶复合材料构件的短流程流变成形高效制备技术奠定了坚实基础。.揭示了Nb元素在非晶合金局域有序结构、枝晶相形成过程中的作用机制,发现了中等尺寸的Nb原子局域分布变化,能够有效调控局域有序结构的错配度,进而影响局域有序,特别是二十面体短程有序结构的稳定性。这一特性为调控合金熔体的凝固组织提供了启示。通过调控Nb含量,实现了凝固组织从非晶、二十面体准晶、内生枝晶非晶复合材料微观组织演变。.非晶复合材料的流变行为主要取决于非晶基体。系统研究了合金成分、温度和时间对于Ti基、Zr基非晶合金的流变行为的影响,阐述了合金局域结构与流变行为关系,获得了具有极高脆性指数(D*)的Ti-Zr-Cu-Ni-Be合金。基于枝晶相与非晶基体的相互作用,可以将非晶复合材料的过冷液相区分为三个阶段,如加工软化区、过渡区和硬化区,这一划分与基体结构失稳密切相关。.进一步澄清了非晶复合材料的枝晶相稳定性和形态与其力学性能的关系。发现了冷却速度对于非晶复合材料的组织和力学性能具有重要影响,如在较快冷却速度下,可以实现枝晶相与非晶相呈现纳米尺度的三维互穿结构,表现出高强度(~2.2GPa)和高塑性(~12%);随着冷却速度降低,枝晶相发生熟化,枝晶尺寸增大,相应的高强度降低,仍然保持较高的塑性。.为了进一步获得结构可控的非晶复合材料,提出了内生外加杂化法策略,实现了非晶复合材料组织结构多尺度构筑,实现了高性能非晶复合材料定制,兼具高强度(~1408MPa)、高塑性(~7.1%)和高韧性(~109 MPa•m1/2)。.在以上基础理论的支撑下,实现了非晶合金及非晶复合材料构件的短流程流变制备,为开展相关应用研究提供了有力支撑。
铁基非晶合金用于印染废水脱色的机理研究
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批准号:51101156
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2011
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负责人:朱正旺
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依托单位:
国内基金
海外基金