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行業新聞

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  材料的機械性能與缺陷行為緊密相關,而合金元素作用及其對位錯運動的影響主要靠溫度調節來顯著提高力學性能。通常情況下,位錯攀移、位錯交叉滑移等位錯行為在高溫下更容易發生。而溫度降低,晶格摩擦力相應增大,致使臨界分辨剪應力增大,促進形變孿晶。由于材料特殊,往往在實際中經常在不同的溫度環境中使用,所以通過理解溫度對合金變形機制的影響,不僅有助于我們了解不同溫度下的固溶強化機制,也為合金材料的實際應用指明了方向。

  在眾多的合金應用中,由于鈦和鈦鋁合金具有高強度,高耐腐蝕性以及高強度重量比特性,通常被用作重要材料,例如飛機機身,航空發動機等等。與其他金屬或合金相比,鈦和鈦鋁合金需要低溫極端環境使用中具有的優異性能。因此研究鈦和鈦合金材料變形機制的影響,以及合金元素對缺陷行為隨溫度降低的影響備受廣泛關注。

  近日,來自浙江大學和西安交通大學的一項研究通過運用位錯表征,以及原位電子顯微鏡下的材料結構和性能同步表征技術,研究了高純鈦和Ti-5atAl中在室溫和液氮溫度下的應變過程,分析了溫度對鈦和鈦鋁合金堆垛層錯能及變形機理。

  據廣泛報道,即使是少量的合金化原子也能對材料的力學性能產生重大影響。合金化對力學性能的影響不僅與溶質原子的類型有關,還要考慮合金原子的去向。為了進一步說明,本文研究了Ti-5at%Al合金基體中的原子在刃位錯核和螺位錯核處的分布。通過觀察發現Ti、Al原子在螺位錯核處分布比較均勻,而Al原子在刃位錯核處有偏聚的趨勢。通過傾斜跟蹤螺位錯,獲得了螺位錯核的原子分辨率圖像。


  綜上所述,結合該項實驗和模擬結果,發現合金元素對鈦變形機制的影響與溫度高度相關,這主要是因為合金元素會導致層錯能發生變化。然而鋁的偏析會引起強烈的阻礙作用,從而在室溫下促進交滑移,鋁減小層錯能的作用隨著溫度的降低愈發明顯。由于合金的應用通常面臨各種環境,因此這種溫度相關的合金效應值得特別關注。與此同時,這也為鈦及鈦合金材料變形機制研究提供了理論基礎。


來源:微信公眾號材料科學與工程