相场模拟辅助钛合金多尺度微观组织设计及性能优化

摘要

在科学研究和工程应用中,同时提高结构材料的强度和塑性仍然面临着巨大的挑战。根据相场模拟微观组织指导模型材料设计的思路,提出了通过激活不同的形核机制设计合金多尺度微观组织的新方法,进而克服结构材料强度和塑性不匹配效应。以双相钛合金为例,将真实热力学数据库与相场模型相耦合,探索了不同热处理工艺对合金微观组织的影响规律,提出了选择合适温度和时间的双步时效和调控冷速的热处理方案。基于模拟结果,实验时在Ti1023合金中分别提出了650℃/10 min+550℃/180 min双步时效工艺、0.3125℃/min连续冷却的热处理工艺,并产生了多尺度析出组织。进一步的力学性能测试表明,相较于传统的均匀组织,新获得的多尺度微观组织具有更好的强度与塑性匹配性能。所提出的基于相变理论的热处理工艺通过调控多尺度析出组织来优化性能的思路,为其它结构材料的性能提高提供了方向。