TiC粒子增强钛基复合材料的显微组织与性能研究

探讨了添加粒子的形态对熔铸法制备的TiC粒子增强钛基复合材料力学性能与显微组织的影响。研究采用的TiC粒子增强的钛基复合材料是用预处理熔炼法 (PTMP)工艺制备的。将二次真空自耗电弧熔炼的铸锭用常规方法锻造成Φ13mm左右的棒材 ,在其上切取拉伸试样和蠕变试样 ,在 80 0～ 10 5 0℃温度范围内热处理 1h ,空冷。测试复合材料的室温和高温拉伸以及蠕变性能。研究结果表明 ,TiC粒子在基体分布均匀 ,添加尺寸为 5 μm以下的球形或近似球形TiC粒子时 ,粒子增强的钛基复合材料的综合性能优异 ,具有良好的热强性与室温塑性匹配 ,直至 65 0℃ ,复合材料仍具有良好的综合机械性能     

碳化硅纳米线增强钛基复合材料的制备与性能研究

采用球磨法将Ti60合金粉末与碳化硅纳米线(SiCnw)混合,通过放电等离子活化烧结工艺制备SiCnw/Ti60复合材料。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能力学试验机研究复合材料的组织形貌、物相结构和力学性能。结果表明,在Ti60合金中添加SiCnw后,基体晶粒尺寸显著减小,当SiCnw添加量为0.1%(质量分数)时,SiCnw/Ti60复合材料的晶粒尺寸较Ti60合金下降42%,抗拉强度提高2.7%,为1037 MPa。SiCnw在晶界处的均匀分布可起到钉扎效应,在拉伸过程中SiCnw承担了基体间的载荷传递,从而提高了SiCnw/Ti60复合材料的拉伸强度。     

原位网状结构增强（TiB+La2O3 ）/TA19复合材料组织与力学性能研究

采用球磨和放电等离子烧结（SPS）技术制备出增强相呈网状结构分布的（TiB+La2O3）/TA19复合材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、 X射线衍射仪（XRD）等手段对复合粉末和复合材料的微观组织、物相结构和断口特性进行表征分析,通过万能试验机测试了复合材料的室温和高温力学性能。结果表明： LaB6颗粒的加入可以明显提高材料的抗拉强度。随着增强体含量的增加,复合材料的组织由魏氏组织向等网篮状组织转变;烧结后晶粒得到细化,力学性能得到提高。随着增强体含量的提高,复合材料的室温抗拉强度不断提高,延伸率下降。当LaB6的质量分数为0.2%时,复合材料的延伸率最好,为17.5%;当LaB6的质量分数为0.5%时,复合材料的抗拉强度最高,为1288 MPa,比基体合金提高了13.70%。强化机制主要为细晶强化和增强体的承载载荷的作用。在650 ℃时,复合材料的强度随着LaB6含量的提高而上升,当增强体质量分数为0.5%时,抗拉强度最高可达607 MPa,比TA19钛合金基体提高了10.31%。强化机制主要为增强体的载荷传递。本文研究了不同含量增强体的钛基复合材料在室温及高温下的力学性能,为钛基复合材料在高温性能上的应用提供了理论依据。     

原位混杂增强钛基复合材料的制备与组织分析

理论上分析了由Ti-B₄C-C系原位自生制备TiB晶须(TiBw)和TiC颗粒(TiCp)混杂增强钛基复合材料的可行性.运用热分析方法(DSC)研究了一定量的钛粉、碳化硼粉与碳粉的混合粉末在加热过程中的反应情况.结果显示复合材料原始粉末加热过程中在940~1150℃这一温度范围内发生剧烈的放热现象,有可能生成了新相.XRD检测分析结果显示在烧结态材料中形成了TiB与TiC,而且TiC的含量随所添加的C含量增加而增加.OM与SEM分析表明复合材料中存在棒状TiB晶须和近似等轴状TiC颗粒两种不同形态的增强体,并且两种增强种体均匀的分布在基体中.实验结果表明,可以采用反应热压法由Ti-B₄C-C系制备原位自生TiB晶须和TiC颗粒混杂增强的钛基复合材料.     

等温挤压变形量对TiB+TiC增强钛基复合材料组织和室温力学性能的影响

塑性变形在提高原位自生非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)强度的同时可改善塑性,但高的屈强比使其变形工艺非常敏感,压缩了适合变形的工艺区间,加大了变形加工难度。为此,提出了钛基复合材料(TMCs)等温挤压方法并成功制备出强塑性匹配较好的颗粒增强TMCs,研究了挤压变形量对其微观组织演化及综合性能变化规律的影响。结果表明,挤压过程中增强体TiB晶须和TiC颗粒断裂并实现二次分布,使TMCs中增强体分布得到合理有效控制,当挤压比从7增大到10时,TiB晶须长径比明显减小,但随后趋于稳定。随着变形量增加,α相内发生连续动态再结晶,形成与片层厚度相当的沿着原始片层呈竹节排布的细小等轴晶粒。从力学性能测试结果可知,在温度较低的两相区(985℃)进行等温热挤压变形,DRTMCs强度可达1 111 MPa,延伸率为15.7%,实现了较好的强塑性匹配。     

低成本TiH2粉末制备Ti/(TiB+TiC)复合材料的组织与性能

使用低成本的TiH₂粉末代替纯钛粉,通过添加B₄C原位生成TiB和TiC两种增强相,经过真空无压烧结及热挤压工艺制备出具有优异力学性能的Ti/(TiB+TiC)钛基复合材料,分析了制备工艺和增强相对复合材料组织与性能的影响。结果表明,TiH₂粉末具有较好的烧结活性,脱氢烧结样品的相对密度可达97.7%;经热挤压工艺,相对密度进一步提升到99.9%,接近于全致密。增强相TiB为短纤维状,TiC为颗粒状,均匀分布在等轴α-Ti基体中,能抑制等轴晶的长大,细化晶粒。热挤压工艺能进一步细化晶粒,使组织更加均匀致密,挤压态钛基复合材料具有高硬度和良好的强塑性匹配。TiH₂+4%B₄C(体积分数)挤压态复合材料维氏硬度Hv0.3 310,屈服强度683 MPa,抗拉强度851 MPa,断后伸长率15.1%。     

锻造对TiC颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响

对原位生成TiC颗粒增强钛基复合材料进行锻造,通过金相显微镜(OPM)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,研究锻造后材料的显微组织及拉伸断口形貌,利用CETR UMT-3多功能微摩擦磨损测试仪测定材料的摩擦磨损行为。结果表明:锻造后钛基复合材料的组织缺陷得到消除,晶粒明显细化,抗拉强度由1 126 MPa提高到1 309 MPa;材料拉伸断口为TiC解理断裂与基体局部延性断裂相结合的混合型断口。随载荷不断增加,TiC粒子首先断裂,裂纹在基体中迅速扩展,导致复合材料失效。在摩擦实验初期,材料的摩擦因数较小且较稳定,而后期摩擦因数变化幅度较大;随时间延长,磨损面上的TiC颗粒发生破碎,失去承载作用,导致磨损量变大;摩擦磨损过程中材料表面Ti发生氧化,形成氧化磨损;锻造后材料的磨损量及摩擦因数都减小。     

气固反应原位生成TiC颗粒增强钛基复合材料

以氢化脱氢钛粉为原料, 经冷等静压成型, 在一定温度下通过CH4和钛粉颗粒间的气固反应在钛粉表面原位生成均匀的TiC颗粒, 采用真空烧结技术制备得到氧含量(体积分数)低于0.2%的TiC颗粒增强钛基复合材料。研究表明, TiC颗粒体积分数比可通过气固反应温度和时间控制, 可获得较高体积分数(> 30%)的TiC颗粒增强钛基复合材料。TiC首先在钛粉颗粒表面形成, 烧结过程中, 钛粉颗粒明显阻碍TiC晶粒长大, 细化TiC晶粒; 同时, 过多的TiC颗粒也阻碍烧结过程中钛的自扩散, 降低烧结相对密度。钛粉压坯在700℃、CH4气氛下发生气固反应(30 min), 再经1300℃烧结后获得的相对密度为98.6%的烧结试样, 试样的综合力学性能较好, 抗拉强度为606 MPa, 延伸率达14.4%, 硬度为HV 442。值得注意的是, 较短时间的气固反应不能够保证压坯内外整体实现原位生成均匀TiC颗粒, 导致烧结试样内外组织的不均性。     

碳化硅纳米线增强Ti60复合材料高温性能及显微组织研究

采用球磨法和等离子活化烧结技术成功制备了碳化硅纳米线(SiCnw)增强Ti60复合材料。利用扫描电子显微镜、金相显微镜和电子万能试验机研究了SiCnw对经过900℃热轧后复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,在Ti60合金中添加SiCnw能够细化晶粒,减小原始β相的尺寸,增加晶界α相的数量。经过热轧处理后,SiCnw更加均匀地分布在晶界处并起到钉扎效应,晶粒细化效果更加明显。与Ti60合金相比,SiCnw/Ti60复合材料具有更好的高温性能,在500、600、700℃时,其抗拉强度分别提升了9.2%、6.7%、2.2%。SiCnw对Ti60合金显微组织和高温力学性能具有显著影响。     

原位生成TiC颗粒对铁基合金组织及性能的影响

通过向Fe—Al-B合金中添加C和Ti元素的方法，在合金中原位生成了TiC颗粒，利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪分析了添加TiC前后材料中相的变化、显微组织的变化及材料中各相的化学成分。结果表明，在合金中原位生成TiC颗粒后，合金组织明显得到细化，其耐熔锌腐蚀性能及强度也有大幅度提高。     

钕氧化物颗粒增强钛基复合材料的显微组织和性能

采用真空自耗电弧熔炼方法成功地研制了原位生成的稀土钕氧化物颗粒增强钛基复合材料.利用光学显微镜观察分析了显微组织.测试了材料的拉伸、热稳定性、持久和蠕变等力学性能.试验结果表明,稀土钕氧化物颗粒在基体上分布比较均匀,并在高温下具有良好的热稳定性.经过1030℃/0.5 h/AC 800℃/1 h/AC 700℃/2 h/AC处理后的钕氧化物颗粒增强钛基复合材料棒材具有良好的拉伸、持久、蠕变和热稳定性等力学性能.     

不同碳源TiC/Ti复合材料的微组织及力学性能

采用原位熔铸法制备了不同TiC添加量以及不同碳源(C粉末、C纳米管和C纤维)的TiC/Ti复合材料,研究了TiC添加量和碳源种类对铸态和锻态TiC/Ti复合材料显微组织的影响,并对不同碳源制备的铸态和锻态复合材料进行了断裂韧性和室温压缩实验。结果发现,TiC/Ti复合材料主要由α-Ti和TiC组成;α片层宽度随着TiC体积分数的增加逐渐下降,TiC呈条状或片状。经过锻造,α片层扭折,TiC呈近等轴状。在引入的碳源中,添加C粉末作为原位反应碳源制备的铸态TiC/Ti复合材料的断裂韧性最高,C纳米管次之,碳纤维最低;室温抗压压缩强度和屈服强度的大小与断裂韧性趋势相反。经过锻造,断裂韧性整体下降;室温抗压强度和屈服强度整体提高。     

不同碳源TiC/Ti复合材料的显微组织及力学性能

采用原位熔铸法制备了不同TiC添加量以及不同碳源(碳粉末、碳纤维和碳纳米管)的TiC/Ti复合材料,研究了TiC添加量和碳源种类对铸态和锻态TiC/Ti复合材料显微组织的影响,并对不同碳源制备的铸态和锻态复合材料进行了断裂韧性和室温压缩性能测试。结果发现,TiC/Ti复合材料主要由α-Ti和TiC组成;α片层宽度随着TiC体积分数的增加逐渐下降,TiC呈条状或片状。经过锻造,TiC呈近等轴状,α片层进一步细化。以碳粉末作为原位反应碳源制备的铸态TiC/Ti复合材料,断裂韧性较高,以碳纤维和碳纳米管作为碳源时,断裂韧性较低;以不同碳源制备的铸态复合材料,室温抗压强度和屈服强度无明显差异。     

ECAP铜基原位复合材料的组织与性能研究

室温下采用等通道变形(ECAP)制备了 Cu-5.7%Cr原位复合材料,研究了其力学性能,电导率以及原位纤维的演变.结果表明:经过ECAP后,第二相Cr发生了旋转和伸长,逐渐演变为细小的纤维,且纤维逐渐倾向于与x轴平行.Cu-5.7%Cr合金的硬度,抗拉强度在2道次前显著增加,延伸率则迅速下降.2道次以后,硬度和抗拉强度的增加缓慢,延伸率则保持在20%左右.随着变形道次的增加,电导率逐渐降低,4道次后趋于稳定,8道次后达到80%LACS.     

石墨烯/Ti60复合材料组织与力学性能研究

石墨烯与Ti60合金粉末经过球磨混合后,采用放电等离子烧结法(SPS)制备出石墨烯/Ti60复合材料,并在900℃对其进行热轧加工。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、金相显微镜和万能试验机对烧结态与轧制态Ti60合金、石墨烯/Ti60复合材料的微观组织和力学性能进行分析。结果表明：添加质量分数为0.1%的石墨烯能够减小复合材料原始β相尺寸,增大α相尺寸。经热轧加工后,石墨烯/Ti60复合材料在室温、600℃和700℃的抗拉强度分别为1353.0、746.6和391.7 MPa,相比Ti60合金分别提高了9.24%、9.46%和2.99%。     

原位自生TiB增强Ti-55531合金复合材料组织与力学性能研究

采用真空自耗电弧熔炼及近等温热塑性变形方法制备了原位自生TiB/Ti-55531复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及万能材料试验机等研究了增强相含量对其组织与力学性能的影响规律,并分析其失效断裂机制。结果表明,热处理态TiB/Ti-55531复合材料的组织特征为α相、TiB增强相弥散分布于β基体。随着TiB增强相的引入及含量增加,复合材料的基体晶粒明显细化,沿晶界分布的粗条状α相逐渐球化,抗拉强度、屈服强度、杨氏模量明显增加,延伸率有不同程度降低。2vol%TiB/Ti-55531复合材料的强塑性匹配较好,抗拉强度为1444.2 MPa,屈服强度为1421.4 MPa,杨氏模量为115.5 GPa,延伸率为9.2%。随着TiB增强相的引入及含量增加,拉伸试样断口的韧窝数量减少,深度变浅,断裂机制逐渐从韧性断裂向混合断裂转变。     

预扩散处理对原位生成TiC_p/Fe基粉末冶金复合材料组织与性能的影响

将水雾化Fe粉与Ni粉、Mo粉、Ti粉混合均匀,然后在800℃、50%H2+50%Ar(体积分数)气氛保护下进行预扩散处理,将预扩散粉与电解Cu粉和石墨粉混合,通过压制与烧结,制备Ti C颗粒增强Fe基复合材料。通过X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析和力学性能测试等手段,研究预扩散处理对原位生成Ti Cp/Fe基粉末冶金材料组织与性能的影响。结果表明:Fe-Ni-Mo-Ti混合粉在800℃下预扩散处理后形成表面粗糙的团球状预扩散粉末颗粒,但合金元素在Fe粉颗粒内分布不均匀。与用混合粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料相比,用预扩散粉制备的材料孔隙率略有增加。随预扩散时间延长,材料中富Ti区的尺寸减小,组织明显细化,珠光体分布更均匀,同时形成大量弥散分布的粒径在0.1~0.5μm的Ti C颗粒。材料的硬度和抗弯强度都随原料粉预扩散时间延长而提高,用60 min预扩散粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料的硬度HRB和抗弯强度分别达到63.6和613.7 MPa,比用混合粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料分别提高11.8%和38.3%。用预扩散粉末制备的Fe基复合材料的断裂形式为具有一定韧性断裂特征的脆性断裂。     

热挤压对硼化物增强Mg-Li基复合材料组织与力学性能的影响

利用金相显微镜和扫描电镜观察铸态与热挤压态B4C增强Mg-Li基复合材料及其断口的显微形貌,研究热挤压对该复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:热挤压加工可有效改善铸态Mg-Li基复合材料中强化相的分布均匀性,显著提高材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率;基体合金在热挤压过程中发生动态再结晶,显微组织得到细化;在150~250℃范围内,挤压温度越高,强化相分布越均匀,基体合金的再结晶程度越高,因而复合材料的伸长率越高;200℃下热挤压的复合材料具有较好的力学性能,其抗拉强度为237.5 MPa,伸长率为21.7%,分别比铸态样品提高46.1%和126%。     

锻造对(TiB+TiC)增强钛基复合材料组织和高温性能的影响

利用Ti与B4C之间的化学反应，采用原位自生的方法制备了5％（体积分数）（TIB＋TiC）（4：1）／Ti-1100复合材料。用X射线和能谱进行了相分析，用金相显微镜（OM）和透射电镜（TEM）研究了锻造对复合材料组织的影响，并对铸态和锻造后的复合材料进行了高温拉伸对比试验。结果发现，利用该方法制备的复合材料中增强体分布均匀。锻造后复合材料由等轴状的α晶粒构成，α晶粒内部有大量的亚结构而且。晶粒的亚结构很不均匀，复合材料的强度和延伸率有很大的提高。锻造对复合材料的高温断裂方式也有明显的影响。     

TiC颗粒增强钛基复合材料的摩擦磨损性能

采用Ti粉末分别与碳化物Mo2C和VC粉末混合,通过冷等静压、真空高温烧结原位生成6种不同成分的TiC颗粒增强钦基复合材料,用UMT-3型摩擦试验机研究合金元素Mo和V以及Mo2C、VC添加量对钛基复合材料干磨擦性能的影响.测定不同样品的洛氏硬度和基体的显微硬度,用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)观察和分析样...