Ti/Al3Ti层状材料复杂曲面结构制造新方法及其基础研究

Ti/Al3Ti metal-intermetallic laminate(MIL) composite material is a kind of advanced structural material consisting of titanium plate and Al3Ti plate heapped alternately.It has high specific strength and rigidity,good high temperature resistant, anti-oxidation and anti-damage performance, etc, so it has extensive application prospects in aerospace, weapons and other fields. Ti/Al3Ti metal-intermetallic laminate composite material has difficult in reprocessing for low ductility and poor coordination deforming performance of Al3Ti, so it has single construction, which restricts Ti/Al3Ti metal-intermetallic laminate composite structures application. Ti/Al composite board is prepared by accumulative roll-bonding, and then has hot creep forming processing and in situ reaction processing on the basis of good coordination deforming performance of aluminum alloy and in situ reaction principle of Ti/Al to form complex curved face structures of Ti/Al3Ti metal-intermetallic laminate composite material in the projet.The project centers around the scientific problems on the method. The microstructure of Ti/Al composite board is studied,and the bonding mechanism of Ti/Al interface is revealed.The hot deformation behavior of Ti/Al composite board is explored, and the coordination deforming mechanism of Ti/Al layer is clarified. The in situ reaction of Ti/Al interface is studied,and the formation and evolution mechanism of reinforced layer is revealed.The above researches establish the theoretical and technical basis for designing, preparing and applying Ti/Al3Ti metal-intermetallic laminate composite structures.

Ti/Al3Ti层状材料是由Ti与Al3Ti交替叠放组成的一种先进的结构材料，具有高比强度、比刚度，良好的高温性能、抗氧化性能和抗损伤性能等，在航空、航天、兵器等领域具有广泛的应用前景。由于Al3Ti的塑性变形能力低、变形协调性差，因此Ti/Al3Ti层状材料的再加工困难，其结构形式单一，这严重制约了Ti/Al3Ti层状材料结构的应用。本项目基于Al良好的变形协调性与Ti/Al原位反应原理，利用累积叠轧焊制备Ti/Al复合板，然后进行热蠕变成形与原位反应，以获得具有复杂外形曲面的Ti/Al3Ti层状材料结构。该项目围绕上述方法中的科学问题展开研究，研究Ti/Al复合板的微观组织，揭示界面连接机理；研究Ti/Al复合板的热蠕变变形行为，阐明其协调变形机理；研究Ti/Al界面的原位反应，揭示增强片层的形成与演变机制，为Ti/Al3Ti层状材料结构的设计、制造与应用奠定理论和技术基础。

Ti/Al3Ti层状材料是由Ti与Al3Ti交替叠放组成的一种先进的结构材料，具有高比强度、比刚度，良好的高温性能、抗氧化性能和抗损伤性能等，在航空、航天、兵器等领域具有广泛的应用前景。由于Al3Ti的塑性变形能力低、变形协调性差，因此Ti/Al3Ti层状材料的再加工困难，其结构形式单一，这严重制约了Ti/Al3Ti层状材料及其结构的应用。本项目基于累积叠轧焊工艺提出了一种新的Ti/Al3Ti层状材料及其结构的制备方法，并且围绕该方法中的科学问题展开研究。研究Ti/Al复合板的微观组织，揭示界面连接机理；研究Ti/Al复合板的热蠕变变形行为，阐明其协调变形机理；研究Ti/Al界面的原位反应，揭示增强片层的形成与演变机制。通过系统的试验研究与理论分析，获得了一些重要的研究结果。轧制压下量对Ti/Al复合板层状结构与界面结合质量有显著影响，当轧制压下量为60%时，Ti/Al复合板层状结构完整，界面结合良好。Ti/Al复合板既是一种温度敏感型材料，又是一种速率敏感型材料，在400℃/0.03s-1的条件下表现出较好的成形性能，通过工艺试验与数值模拟对其进行了验证。Al3Ti层的形成与长大是由Ti/Al的原位反应控制的，且Al3Ti是Ti/Al原位反应中唯一的生成相，在反应过程中通过施加额外的应力可实现Al3Ti层的致密化。Ti/Al3Ti层状复合材料的变形过程可以分为三个阶段，第Ⅰ阶段以弹性变形为主；第Ⅱ阶段以Al3Ti层塑性变形为主；第Ⅲ阶段以Ti层的塑性变形为主，在第Ⅱ阶段中通过Al3Ti层裂纹的扩展与转移实现能量的吸收。上述研究成果为Ti/Al3Ti层状材料及其结构的设计、制造与应用奠定理论和技术基础。