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1、博士學位論文層狀金屬復(fù)合材料中異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成及其對變形行為的影響THEFORMATIONANDEFFECTSONDEFORMATIONBEHAVIOROFHETEROGENEOUSSTRUCTURESINLAMINATEDMETALCOMPOSITES杜巖哈爾濱工業(yè)大學2017年12月國內(nèi)圖書分類號：TB331學校代碼：10213國際圖書分類號：621密級：公開工學博士學位論文層狀金屬復(fù)合材料中異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成及其對變形行為的影響博士研究生：杜巖導師：耿林教授申請學位：工學博士學科：材料學所在單位：材料科學與工程學院答辯日期：2017年12月授予學位單位
2、：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:TB331U.D.C:621DissertationfortheDoctoralDegreeofEngineeringTHEFORMATIONANDEFFECTSONDEFORMATIONBEHAVIOROFHETEROGENEOUSSTRUCTURESINLAMINATEDMETALCOMPOSITESCandidate：YanDuSupervisor：Prof.LinGengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：Materials
3、ScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要層狀金屬復(fù)合材料憑借良好的綜合力學性能在能源日益短缺的當下受到國內(nèi)外材料學家的廣泛關(guān)注。目前國內(nèi)外針對于包括層狀金屬復(fù)合材料在內(nèi)的構(gòu)型化材料的研究仍大量集中于宏觀力學性能以及基于力學模型的模擬與變形行為分析，而較少研究材料自身異質(zhì)結(jié)構(gòu)對材料力學性能及變形行為的影響。本
4、文旨在以層狀NiAl、層狀Ti-Al復(fù)合材料為模型，通過研究異質(zhì)結(jié)構(gòu)對層狀金屬復(fù)合材料退火及變形行為的影響，可以更好地從材料學的角度理解層狀金屬復(fù)合材料的強韌化，對其制備與熱處理起到指導性作用。針對層狀NiAl體系，通過1200?C原位反應(yīng)退火進行合成，所制得層狀NiAl具有晶粒尺寸差異與化學成分梯度這種異質(zhì)性，隨著退火時間延長，異質(zhì)性減弱。借助電子顯微學研究了層狀NiAl中的取向遺傳性，發(fā)現(xiàn)固態(tài)擴散形成NiAl層與母相Ni通過Ni3Al界面層傳遞存在K-S取向關(guān)系。此外，這層NiAl缺陷密度較高，且由于異質(zhì)性作用包括界面相之間原子間距錯配度以及彈性模
5、量和熱膨脹系數(shù)存在不同，力/熱殘余應(yīng)力都會誘導界面處位錯的形成。通過對室溫、高溫下力學性能以及形變微結(jié)構(gòu)的分析，研究了異質(zhì)結(jié)構(gòu)對層狀NiAl力學及變形行為的影響，發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)構(gòu)會起到強韌化作用。借助電子顯微學對層狀NiAl的形變微結(jié)構(gòu)進行定量分析，發(fā)現(xiàn)粗、細晶形變微結(jié)構(gòu)存在差異，包括晶內(nèi)亞結(jié)構(gòu)的差異，晶內(nèi)平均取向差的差異，晶內(nèi)位錯結(jié)構(gòu)差異以及界面對形變微結(jié)構(gòu)影響的差異。此外，通過模型化處理的方法模擬出層狀NiAl裂紋長度較塊體NiAl延長達20%。針對層狀Ti-Al體系，通過500?C熱壓加熱軋的方法制備了具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的層狀Ti-Al復(fù)合材料。借助電
6、子顯微學研究了材料的組元及界面特征，發(fā)現(xiàn)其界面粗糙不平并伴有納米級TiAl3界面層的形成。由于這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在，Al層與Ti層在300?C、500?C退火過程中的回復(fù)與再結(jié)晶存在界面擇優(yōu)，尤其是凸出、凹入?yún)^(qū)域，并隨退火時間延長向?qū)又行臄U展。通過對不同退火條件下組元層進行硬度測試，發(fā)現(xiàn)與組織演變相對應(yīng)的梯度軟化行為。通過對層狀Ti-Al復(fù)合材料進行力學性能以及形變微結(jié)構(gòu)的分析，研究了異質(zhì)結(jié)構(gòu)對層狀Ti-Al力學及變形行為的影響。通過與混合定律擬合結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)層狀Ti-Al復(fù)合材料受異質(zhì)結(jié)構(gòu)影響，在彈塑性階段產(chǎn)生額外強化，且強化作用隨著Al層厚度減小而
7、增加。此外，形變Al層形成梯度組織，借助電子顯微學定量表征與強度理論對材料強度進行擬合，確認了界面限制作用。通過-I-哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文對層狀Ti-Al復(fù)合材料變形過程中裂紋分布情況的分析，發(fā)現(xiàn)材料延伸率在特定Al層厚度存在最優(yōu)解。通過與單層組元材料力學性能進行對比，發(fā)現(xiàn)Al層的亞結(jié)構(gòu)強化作用遠大于層厚的作用以及Ti層{10-11}<10-12>壓縮孿生受抑制，局域應(yīng)變緩解，延伸率提高。此外，與塊體Al形變微結(jié)構(gòu)的取向相關(guān)性不同，層狀結(jié)構(gòu)中Al層由于界面的限制作用，多滑移系開動促使Al中很難形成幾何必需界面。關(guān)鍵詞：層狀金屬復(fù)合材料；異質(zhì)結(jié)
8、構(gòu)；形變微結(jié)構(gòu)；退火；電子顯微學；強度理論-II-AbstractAbstractWithth
