应变速率对NiTiNb合金塑性变形行为的影响规律

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiamen88
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兼具高强度和高塑性的金属结构材料在各工业领域都具有重要应用前景。强度与塑性均与金属材料的微观变形机制密切相关,二者往往呈倒置关系,难以突破。近年来,我们关注到,具有马氏体预相变的合金基体中往往存在着纳米尺度、弥散分布的纳米畴,其分布特征类似于传统合金的第二相粒子,但又具有原位自生、受力可倾转等独特性质。一方面,其可能阻碍位错滑移提升强度,另一方面,又能通过倾转释放局部应力集中提升塑性。基于此,本课题组通过传统熔炼、锻造、拔丝与再结晶退火等工艺制备了一系列具有预相变特征的Ni Ti Nb合金丝材。初步研究发现,合金在较高强度下(>700MPa)展现了50%-80%的塑性。我们认为,畴倾转是其能在较高强度下展现大塑性的物理根源,这种倾转作用涉及到界面迁移,可由应变速率敏感性反映。本论文通过对一系列不同成分的Ni Ti Nb合金进行变温及变速率拉伸、纳米压痕测试,测得了一系列Ni Ti Nb合金在不同条件下的应变速率敏感性指数,并获得应变速率敏感性指数与合金成分、拉伸温度等变量的相关规律,为深入理解合金的塑性变形机制提供依据。研究结果表明,单轴拉伸的合金应变速率敏感性指数随着掺杂量(Ni或Nb)增加而升高,当Nb量由0at.%增加到6at.%时,合金的m值从0.0026增加到0.022,这与一般由位错滑移控制的塑性变形显著不同。已知掺杂量与纳米畴的含量呈正相关,上述结果表明纳米畴的含量与应变速率敏感性指数呈正相关,即畴界面(的运动)及其与位错滑移的耦合可能对此类合金的塑性变形机制有重要影响。通过纳米压痕法所获的应变速率敏感性指数虽然与拉伸法所得数值相比偏高,但规律与上述类似。变温变应变速率测试结果表明,应变速率敏感性指数具有强温度依赖性,即温度越低,m值越高,这种温度依赖性随着成分掺杂量的提高更加明显。由于纳米畴含量与温度呈负相关,这表明随着畴界面数量增加,应变速率敏感性指数升高,进一步印证了纳米畴对Ni Ti Nb合金塑性变形机制的重要作用。本文还发现,温度、应变速率和临界应力之间的关系可利用Arrhenius方程进行拟合,这表明Ni Ti Nb合金材料变形过程受热激活影响显著,这与一般由位错滑移控制的塑性变形过程不同。通过类比受控于晶界迁移的纳米晶金属材料的塑性变形行为,初步推断,我们合金在塑性变形时,位错滑移需伴随纳米畴的倾转。在此过程中,纳米畴倾转界面迁移受热激活控制,进而使合金的塑性变形行为呈现较强的应变速率敏感性。
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