网状结构TiBw/TC4复合材料高温塑性变形行为与机理

批准号:
51471063
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
黄陆军
依托单位:
学科分类:
E0105.金属基复合材料与结构功能一体化
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑镇洙、郭永良、刘宝玺、陆成杰、唐骜、戎旭东、刘辰
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中文摘要
增强相呈三维准连续网状分布的TiB晶须增强TC4基(TiBw/TC4)复合材料表现出优异的综合性能(室温与高温的强度与塑性),并且调控网状结构参数(局部与整体增强相含量、网状尺寸)可以获得不同性能特点(高强度、高塑性、高强韧性、高耐热性),具有较大的应用潜力。进一步采用高温压缩与超塑性拉伸的方法,研究不同网状结构参数TiBw/TC4复合材料在不同变形方式(压缩与拉伸)及不同变形条件(温度、应变速率、变形量)下的应力-应变行为,建立其高温压缩与高温拉伸本构方程及热加工图,借助其增强相三维网状分布特征,阐明网状结构参数、变形方式、变形条件对TiBw/TC4复合材料组织与性能演变的影响规律,全面揭示其塑性变形机理,并优化其高温压缩与超塑性拉伸最佳变形条件。为不同网状结构参数TiBw/TC4复合材料塑性变形加工与超塑性成形建立理论与实验基础,为其在航空航天上广泛应用提供可靠的理论支撑和技术保障。
英文摘要
TiB whiskers reinforced TC4 matrix (TiBw/TC4) composites with a three-dimensional quasi-continuous network distribution of reinforcement exhibited a superior combination of strength and ductility at room temperature and high temperatures. Moreover, different superior mechanical properties (high strength, high ductility, superior combination of strength and toughness or high temperature durability) can be obtained by controlling different parameters of the network structure, such as local volume fraction, overall volume fraction and network size. These advantages render them extensive application potentials. The hot compressive deformation and superplastic tensile deformation with different conditions (temperature, strain rate and deformation degree) will be performed on TiBw/TC4 composites with different structure parameters in order to investigate behaviors of stress and strain of the composites under different deformation kinds (compression or tension). Different constitutive equations and processing maps for hot compressive deformation and hot tensile deformation will be constructed based on stress and strain values obtained from the stress-strain curves. By means of their three-dimensional network distribution of reinforcement, the effects of deformation kinds, network structure parameters and deformation conditions on the microstructure evolution and mechanical property evolution of TiBw/TC4 composites can be clarified, and then the plastic deformation mechanisms of the composites can be thoroughly revealed. Certainly, the optimal deformation conditions can be drawn by analyzing the testing results. The final aim is to construct theory and experiment foundations of plastic deformation processing and superplastic forming for network structured TiBw/TC4 composites with different parameters, and then provide theory support and technique guarantee for their extensive applications in aerospace industry.
网状结构钛基复合材料具有优异的综合性能,并且调控网状结构参数可以获得不同性能特点,具有广泛的应用前景。为了满足航天航空对轻质耐热高强韧网状结构钛基复合材料及其成形技术的迫切需求,本项目以网状结构TiBw/TC4复合材料为例,采用高温压缩与超塑性拉伸的方法,研究了其变形行为与机理。采用不同尺寸的TC4球形粉与不同比例的TiB2细粉为原料,成功制备出不同网状结构参数的TiBw/TC4复合材料。通过对不同网状结构参数TiBw/TC4复合材料进行高温压缩变形试验,揭示了网状结构参数与变形条件对其应力-应变行为的影响规律,并建立了TiBw/TC4复合材料的高温压缩热变形本构方程。建立了不同网状结构参数TiBw/TC4复合材料在不同应变量及应变速率下的高温压缩热加工图,并将热变形工艺同变形后组织相对应,实现了对材料热变形性能及变形后组织的可预测、可调控。使用显微硬度计对不同温度及变形速率下热压缩变形后的TiBw/TC4复合材料硬度进行了测试以预测热变形试样性能。在优化的工艺参数下制备了大尺寸等温锻造TiBw/TC4复合材料,并对材料各部位的力学性能进行了测试,阐明了变形条件对其组织与性能的影响规律。对TiBw/TC4复合材料在900℃~1000℃温度范围内,0.0005~0.01s-1应变速率范围内进行了高温超塑性拉伸试验,并观察了超塑性变形后试样组织,阐明了TiBw/TC4复合材料的超塑性变形行为、变形机制与组织演变规律。建立了网状结构钛基复合材料热变形与热处理改性新方法,实现了组织与性能进一步调控,满足了航天航空飞行器减重提速的迫切需求,研制出的某新型导弹发动机钛基复合材料气动格栅(Φ580mm),已成功通过了地面例试。发表学术论文37篇,其中SCI收录34篇,单篇最高影响因子23.75;在Springer与国防工业出版社出版专著2部,参编专著2部;已授权国家发明专利10项。培养博士研究生6名,已毕业2名;培养硕士生8名均已毕业。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Comparative study on superplastic tensile behaviors of the as-extruded Ti6Al4V alloys and TiBw/Ti6Al4V composites with tailored architecture
挤压态 Ti6Al4V 合金与定制结构 TiBw/Ti6Al4V 复合材料超塑性拉伸行为的对比研究
DOI:10.1016/j.matdes.2015.12.162
发表时间:2016-03
期刊:Materials and Design
影响因子:8.4
作者:Huang L.J.;Lu C.J.;Yuan B.;Wei S.L.;Cui X.P.;Geng L.
通讯作者:Geng L.
Interactive effects of cyclic oxidation and structural evolution for Ti-6Al-4V/(TiC TiB) alloy composites at elevated temperatures
Ti-6Al-4V/(TiC TiB) 合金复合材料在高温下循环氧化和结构演化的相互作用
DOI:10.1016/j.jallcom.2018.04.118
发表时间:2018
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Wei S L;Huang L J;Li X T;An Q;Geng L
通讯作者:Geng L
Modification of microstructure and tensile property of TiBw/near-α Ti composites by tailoring TiBw distribution and heat treatment
通过调整 TiBw 分布和热处理来改变 TiBw/近α Ti 复合材料的微观结构和拉伸性能
DOI:10.1016/j.jallcom.2016.08.138
发表时间:2017-01-05
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:Wang, B.;Huang, L. J.;Yu, Z. S.
通讯作者:Yu, Z. S.
Nano-Ti5Si3 leading to enhancement of oxidation resistance
纳米Ti5Si3增强抗氧化能力
DOI:10.1016/j.corsci.2018.05.043
发表时间:2018
期刊:Corrosion Science
影响因子:8.3
作者:Jiao Y;Huang L J;Wei S L;Geng L;Qian M F;Yue S
通讯作者:Yue S
DOI:--
发表时间:2016
期刊:物理学报
影响因子:--
作者:魏绍楼;黄陆军;常健;杨尚京;耿林
通讯作者:耿林
TiB增强耐热钛基复合材料研发
- 批准号:52261135543
- 项目类别:国际(地区)合作与交流项目
- 资助金额:105.00万元
- 批准年份:2022
- 负责人:黄陆军
- 依托单位:
非连续增强钛基复合材料多尺度组织设计与耐热机理研究
- 批准号:U22A20113
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:255.00万元
- 批准年份:2022
- 负责人:黄陆军
- 依托单位:
(TiB+(Ti,Zr)5Si3)/TA15复合材料组织调控与疲劳损伤机理
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:黄陆军
- 依托单位:
两级网状结构(TiBw+Ti5Si3)/TC4复合材料设计与强化机理
- 批准号:51671068
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:77.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:黄陆军
- 依托单位:
增强体准连续网状分布TiBw/TC4复合材料设计与制备基础研究
- 批准号:51101042
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:26.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:黄陆军
- 依托单位:
国内基金
海外基金
