深低温应变诱导孪晶钛合金摩擦学行为及其机理

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51805521
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The poor wear resistance of titanium alloy is the bottleneck problem which restricts its high reliability and long life application in the key components of aerospace instrument and equipment. The traditional modifications of wear resistance are mainly surface treatments, which form a thin high wear-resistant surface layer on the surface, while the wear resistance of the matrix is still poor. Based on our early study, which showed that obvious improvement in the wear resistance of titanium alloy was obtained by cryogenic treatment, we proposed the method of cryogenic strain treatment. It can improve the overall wear resistance of titanium alloy through the compound effect of cryogenic temperature and external strain to promote the microstructure modulation. The evolution mechanism in twins is explored on the basis of process parameters optimization. The evaluation of wear resistrance is conducted under the variable working condiction, such as pair materials, speed, loading force and temperature. Combining with the investigation of microstructure, the intrinsic interactions among the parameters of cryogenic strain treatment-microstructures-mechanical properties-tribological behavior-wear mechanisms are revealed. Finally, the improvement mechanisms of cryogenic strain treatment induced twinns on wear resistance in titanium alloy is deeply discussed and illuminated. The implementation of this project can provide new ideas and theoretical guidance for the improvement of wear resistance of titanium alloy.
钛合金耐磨性差的问题是制约其在空天仪器装备关键核心部件高可靠、长寿命应用的瓶颈问题。传统的钛合金耐磨性改性主要采用表面处理手段,在表面形成较薄的高耐磨层,而基体的耐磨性依然较差。本项目基于前期对钛合金进行深低温处理耐磨性得到提升的基础上,提出了深低温应变处理方案,通过深低温温度和外加应变量的复合作用促使微观组织孪晶化调配,从而实现钛合金整体耐磨性的提升。在工艺参数的匹配优化基础上探索孪晶演化机制,在对磨副材料、转速、载荷和温度工况变化条件下对摩擦磨损性能进行评价,结合微观组织结构分析揭示钛合金的深低温应变处理工艺参数-组织结构-力学性能-摩擦学性能-磨损机制的内在关系,最终阐明深低温应变诱导孪晶钛合金对耐磨性的改性机制。本项目的实施能够为钛合金耐磨性的改善提供新的思路和理论指导。

结项摘要

钛合金耐磨性差的问题一直是制约其在航空航天、生物医学领域更加广泛应用的瓶颈问题,本项目针对这一实际需求提出了深低温应变处理方案。首先,针对TC4双相钛合金进行了室温和低温拉伸应变处理,研究了深低温应变处理对钛合金微观组织和耐磨性的影响,结果发现深低温拉伸应变处理对钛合金耐磨性没有明显改善效果。在此基础上提出了深低温剪切应变处理方案,分别针对双相钛合金和纯钛,在滑动磨损过程中改变环境温度和不同的加载力获得不同的剪切应力,通过材料亚表层组织的微观变形规律揭示了耐磨性的变化及其机制。结果表明,室温剪切变形条件下,接触面高温引起的材料软化效应导致亚表层产生明显的变形层,最大可达50μm。深低温剪切变形条件下,亚表层变形层厚度最大仅有20μm,双相钛合金和纯钛在亚表层处形成厚度最大约为15μm的加工硬化层。对于双相钛合金,室温剪切变形容易产生大量孪晶,孪晶的产生与剪切应力大小密切相关,剪切应力越大越容易产生孪晶。而深低温剪切变形后,在α晶粒内部或晶界处产生大量缠结的位错,α晶粒也得到细化。对于纯钛,经室温剪切变形后,位错在α晶粒内以密度较低的网状形态分布,表明晶粒沿着平行于剪切应力的方向协同变形,宏观上表现出明显的塑性变形。而经深低温剪切变形后,α晶粒中位错纠缠形成大量位错墙,一方面抑制了亚表层组织的变形,起到应变强化的作用,另一方面以亚晶界的形式分割α晶粒,促使亚表层组织产生大量亚晶,起到细化晶粒的效果。深低温剪切变形过程引起的亚表层组织变化使得钛合金的磨损机制由室温下的氧化磨损和分层磨损为主导转变为由疲劳断裂引起的不完全分层磨损为主导。深低温下的剪切变形使得TC4双相钛合金低温耐磨性与室温相比分别提高49.7% (100 N),57.2% (150 N)和36.6% (200 N),TA2纯钛低温耐磨性与室温相比分别提高了49% (100 N)和66%(150N),两种材料均表现出更低的摩擦系数和表面粗糙度。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Microstructure evolution and wear behavior of titanium alloy under cryogenic dry sliding wear condition
钛合金低温干滑动磨损条件下的组织演变及磨损行为
  • DOI:
    10.1016/j.matchar.2020.110385
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Materials Characterization
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Weng Zeju;Gu Kaixuan;Cui Chen;Cai Huikun;Liu Xuanzhi;Wang Junjie
  • 通讯作者:
    Wang Junjie
铝合金深冷处理研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘轩之;顾开选;翁泽钜;王凯凯;崔晨;郭嘉;王俊杰
  • 通讯作者:
    王俊杰
采用圆环三角试样评价材料的尺寸稳定性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    理化检验-物理分册
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾开选;王凯凯;郭嘉;翁泽钜;王俊杰
  • 通讯作者:
    王俊杰
Effect of deep cryogenic treatment on the fracture toughness and wear resistance of WC-Co cemented carbides
深冷处理对WC-Co硬质合金断裂韧性和耐磨性的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ijrmhm.2019.105059
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Weng Zeju;Gu Kaixuan;Wang Kaikai;Liu Xuanzhi;Cai Huikun;Wang Junjie
  • 通讯作者:
    Wang Junjie
Modification of residual stress and microstructure in aluminium alloy by cryogenic treatment
深冷处理改变铝合金残余应力和显微组织
  • DOI:
    10.1080/02670836.2020.1800182
  • 发表时间:
    2020-08-04
  • 期刊:
    MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Weng, Zeju;Liu, Xuanzhi;Wang, Junjie
  • 通讯作者:
    Wang, Junjie

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其他文献

Microstructure of in situ particles/7055Al matrix composites with deep cryogenic treatment
深冷处理原位颗粒/7055Al基复合材料的微观结构
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Advanced Mechanics and Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张勋寅;李桂荣*;张廷旺;王宏明;王俊杰;顾开选;张红;许晓静
  • 通讯作者:
    许晓静

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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