丁旭 2017-2020
团队名称：材料动态行为与特种加工技术
团队介绍：主要研究在高应变速率下材料的局域化塑性变形、再结晶、冲击相变、动态损伤断裂的理论研究，以及在金属复合材料、金属块体纳米材料、金属表面纳米化的高能率制备技术及理论等的研究与开发。
团队成员介绍：
TC18钛合金相变动态再结晶及微观机制研究
摘要：近β钛合金具有高比强度，耐腐蚀性能优异和热加工性能好等特点，其作为主要承力件而被广泛用于航空航天领域。研究热变形过程中钛合金变形特征及微观组织结构变形规律和动态变形过程中钛合金剪切变形特征及其微观组织结构变形规律，有利于深入了解钛合金热变形和动态变形机制，为提高钛合金热加工和动态服役性能提供依据。
本文以TC18钛合金为研究材料，利用Gleeble-3800热模拟试验机进行热变形实验和分离式霍普金森压杆进行动态变形实验，并借助金相显微镜，扫描电子显微镜，电子背散射衍射分析和透射电子显微镜等表征和研究TC18钛合金相变动态再结晶和微观组织特征，并结合分子动力学模拟方法从原子运动角度对近β钛相变动态再结晶进行了研究。结果表明：
在TC18钛合金热变形过程中总是伴随着动态再结晶行为。应变速率对合金动态再结晶和动态回复之间的竞争主导变形机制有重要影响。当TC18钛合金发生热变形时，在较低应变速率下变形时，动态再结晶是主导变形机制；反之，较高应变速率削弱了TC18钛合金的动态再结晶行为，使动态回复成为主导变形机制。连续动态再结晶是TC18钛合金中β相的晶粒细化机制。由于热和应力作用而引起加速元素扩散和原子运动，在α+β相区热变形时TC18钛合金发生α相到β相和β相到α相的相变过程。
TC18钛合金剪切带为细长的白色变形带。基体中α相纳米压痕硬度高于β相纳米压痕硬度。由于剪切局域化过程中马氏体相变导致基体和剪切带中不同的相结构，基体中显微硬度和纳米压痕硬度高于剪切带中显微硬度和纳米压痕硬度。剪切带中心纳米压痕硬度高于剪切带边缘纳米压痕硬度。旋转动态再结晶可以很好地解释剪切带中超细晶形成。剪切带边缘由细长晶粒组成而剪切带中心由超细等轴晶粒组成。低温变形样品剪切带由板条状α'相和α相组成且剪切带塑性几乎均匀，而常温变形样品剪切带中晶粒为α相且剪切带中心纳米压痕硬度显著高于剪切带边缘纳米压痕硬度。低温变形样品剪切带内晶粒尺寸小于常温变形样品。
分子动力学模拟结果基本符合剪切带内微观结构特征，变形过程中β相转变为α相优先发生在β相晶粒晶界处，α相会由晶界处向β相晶粒内部生长；在动态再结晶过程中，α相发生晶粒细化并形成板条状马氏体，而随着变形继续，大部分板条状马氏体在应力作用下变形为α相细晶，旋转动态再结晶机制较好地描述了分子动力学模拟中晶粒细化过程微观结构变形规律；模拟结果表明相变和动态再结晶在高应变速率和快速温降过程中同时发生。