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  材料的机械性能与缺陷行为紧密相关,而合金元素作用及其对位错运动的影响主要靠温度调节来显著提高力学性能。通常情况下,位错攀移、位错交叉滑移等位错行为在高温下更容易发生。而温度降低,晶格摩擦力相应增大,致使临界分辨剪应力增大,促进形变孪晶。由于材料特殊,往往在实际中经常在不同的温度环境中使用,所以通过理解温度对合金变形机制的影响,不仅有助于我们了解不同温度下的固溶强化机制,也为合金材料的实际应用指明了方向

  在众多的合金应用中,由于钛和钛铝合金具有高强度,高耐腐蚀性以及高强度重量比特性,通常被用作重要材料,例如飞机机身,航空发动机等等。与其他金属或合金相比,钛和钛铝合金需要低温极端环境使用中具有的优异性能。因此研究钛和钛合金材料变形机制的影响,以及合金元素对缺陷行为随温度降低的影响备受广泛关注。

  近日,来自浙江大学和西安交通大学的一项研究通过运用位错表征,以及原位电子显微镜下的材料结构和性能同步表征技术,研究了高纯钛和Ti-5atAl中在室温和液氮温度下的应变过程,分析了温度对钛和钛铝合金堆垛层错能及变形机理

  据广泛报道,即使是少量的合金化原子也能对材料的力学性能产生重大影响。合金化对力学性能的影响不仅与溶质原子的类型有关,还要考虑合金原子的去向。为了进一步说明,本文研究了Ti-5at%Al合金基体中的原子在刃位错核和螺位错核处的分布。通过观察发现TiAl原子在螺位错核处分布比较均匀,而Al原子在刃位错核处有偏聚的趋势。通过倾斜跟踪螺位错,获得了螺位错核的原子分辨率图像。


  综上所述,结合该项实验和模拟结果,发现合金元素对钛变形机制的影响与温度高度相关,这主要是因为合金元素会导致层错能发生变化。然而铝的偏析会引起强烈的阻碍作用,从而在室温下促进交滑移,铝减小层错能的作用随着温度的降低愈发明显由于合金的应用通常面临各种环境,因此这种温度相关的合金效应值得特别关注。与此同时,这也为钛及钛合金材料变形机制研究提供了理论基础。


来源:微信公众号材料科学与工程