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TiZr基非晶/TC21双层复合材料的制备和力学性能

2024-04-30 15:32| 来源: 网络整理| 查看: 265

TC21钛合金具有良好的韧性,在载荷作用下不会先开裂生成裂纹。界面处的高应力集中,只能使裂纹在非晶合金一侧启动。裂纹先从界面处萌生,在非晶合金的一侧扩展。从图5还可见,在裂纹扩展过程中主裂纹周围出现一些明显的剪切带。这些剪切带,能有效缓解非晶合金的局部应力集中。裂纹尖端的塑性变形,是材料增韧的主要机制之一[39],能使裂纹钝化而避免非晶合金过早失效,有利于提高材料的抗损伤能力。但是从图5可见,在三种温度制备的复合材料其断裂特征明显不同。1073和1123 K制备的复合材料最后都断裂,而1173 K制备的复合材料最后虽然失效但是并没有断裂。1123 K制备的复合材料断裂裂纹明显比1073 K制备的复合材料偏转幅度大,有利于提高材料的抗断裂能力。对比图5a、d和g可见,制备温度提高使裂纹的数量增加。在受载过程中多重裂纹的产生能释放裂纹尖端的应力集中,避免材料过早失效。对比图5b、e和h可见,1073 K制备的复合材料萌生裂纹后,裂纹的尖端虽然明显钝化,但是其扩展路径对垂直于界面方向的偏离较小。制备温度高于1123 K的材料,裂纹萌生后其扩展方向严重偏离与界面垂直的方向,而且裂纹在扩展过程中还与其他裂纹相汇。这种模式的裂纹扩展,明显提高了材料的抗损伤能力。同时,制备温度的提高使非晶合金中枝晶相的体积分数和尺寸增大,能阻碍裂纹扩展而使裂纹扩展路径变得曲折,如图5所示。从图4也可见,制备温度的提高,使材料的加工硬化能力更明显。这种能力的提高源于多重裂纹的产生以及裂纹的大幅度偏转扩展。多重裂纹的产生,其实与界面处的界面层厚度(包含界面处生长的枝晶相)有关。从图5i可见,较厚的界面层使裂纹直接在界面层内产生,并沿着平行于界面层的方向扩展。这意味着,这种复合材料中的界面层是裂纹的形核点,而且其抗损伤能力较弱。因此,制备温度的提高使界面处生成的界面层厚度增加,有利于裂纹的产生。从图5c、f和i可见,1073和1123 K制备的非晶复合材料其界面层较薄,在一个应力集中点处只产生单一的裂纹。但是,1173 K制备的非晶复合材料其界面层较厚,在一个应力集中点处萌生两个裂纹。



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