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。     

原位自生TiB和TiC增强钛基复合材料的超塑变形行为及机理研究

研究了温度为920～1080℃、初始应变速率为2×10~(-2)s~(-1)～10~(-4)s~(-1)条件下的原位自生 TiB 和 TiC 增强钛基复合材料的超塑变形行为。试验得到429%的最大延伸率,计算所得最大 m 值为0.47,但这两者并不是在同一试验中取得。在变形过程中,m 值随应变增加而增大,达到最大值后,m 值随应变增加而减小。在920～1040℃和1040～1080℃温度范围内,激活能分别为492kJ/mol、673kJ/mol 和275kJ/mol,表明变形受不同机制控制。在1040～1080℃,变形受晶界扩散控制;而在920～1040℃,除晶界扩散外,位错运动和动态再结晶在变形中占了主导作用。     

原位合成TiB增强钛基复合材料的微观组织研究

在热力学计算纯钛粉与TiB2颗粒生成TiB条件的基础上，采用原位反应粉末冶金技术制备了TiB／Ti复合材料。试验结果表明，采用计算的反应条件可以实现纯钛粉与TiB2颗粒完全反应，反应生成物TiB呈晶须状，TiB晶须在基体中均匀分布，并与基体之间界面平整、干净。     

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。     

TiC和TiB混杂增强钛基复合材料研究新进展

混杂增强是获得高性能复合材料的有效方法,它可以兼顾2种或多种增强体的特点,使之起到相互弥补的作用,特别是由于产生的混杂效应将明显提高或改善单一增强材料的某些性能,从而扩大材料设计的自由度。因此,对于TiB与TiC原位自生混杂增强钛基复合材料方面的研究将很有意义。本文从制备方法、界面与组织及性能方面对TiC和TiB混杂增强钛基复合材料进行了详细阐述。     

热处理(TiB+TiC)/TC18钛基复合材料的微观组织

使用真空自耗炉制备出三种Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr钛基复合材料。凝固过程中通过微量B4C和Ti的反应生成微量Ti B和Ti C,添加B4C的质量分数依次为0.1%、0.2%、0.4%,制备出的样品经过热加工和热处理,β晶粒被大幅细化,但是β晶粒细化幅度并没有和B4C的量呈现线性关系,而是细化幅度增长越来越缓慢。经过研究,认为这与增强体加速了β晶粒合并有关。     

粉末冶金制备原位自生钛基复合材料的显微组织和力学性能研究

利用Ti与B4C、C、LaB6之间的化学反应,采用粉末冶金工艺制备了原位自生钛基复合材料(TiB+TiC+La2O3)/Ti-6Al-4V;通过X射线衍射仪和光学显微镜,分析了材料的物相组成、显微组织及增强体的微观形貌;测试了材料的室温和高温力学性能,并分析了断裂机理.结果表明:增强体总体分布均匀,但局部有团聚现象,形状和尺寸多样;粉末冶金制备Ti-6Al-4V的抗拉强度高于铸造工艺制备的材料,增强体的原位合成使复合材料的室温和高温性能与基体相比明显提高;室温时,体积较大的增强体的断裂是复合材料失效的主要原因,高温下则主要是增强体和界面的脱粘导致材料失效.     

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。     

热加工对TiB增强钛基复合材料显微组织和力学性能的影响

用原位自生技术制备了Ti B增强的近α相钛基复合材料,利用光学显微镜(OM)、高温材料试验机和透射电镜(TEM)研究了热加工过程中此复合材料的魏氏组织演变和Ti B晶须的取向变化,并测定了该复合材料的力学性能。研究结果表明:该复合材料的β晶粒尺寸和α片层的厚度随着压下率的增加而减小,这种变化使复合材料的显微组织得到了显著细化;随着压下率的增加,延伸方向上Ti B晶须取向角的小角度概率密度值急剧增加,而大角度概率密度值急剧减小,加工方向上Ti B晶须的概率密度值变为原来的6倍左右;热机械加工后该复合材料较之原来的铸态材料状态,屈服强度增加了25%左右,抗拉强度增加了30%左右,时效后屈服强度和抗拉强度都提高44%左右;若没有硅化物的析出,片层状α相的厚度值b对强度的影响较小,时效后硅化物沉淀析出使厚度值b成为重要的强化因素。     

TiC对原位自生钛基复合材料高温变形的影响

通过等温热压模拟试验研究了原位自生5%TiC(体积分数,下同)颗粒增强Ti-1100复合材料在1 000~1 150℃的热变形行为.在不同的温度区间内计算了原位自生5%TiC/Ti-1100复合材料的塑性变形激活能.结果发现,TiC颗粒对钛基材料的热变形行为有明显影响.复合材料的塑性变形激活能在不同的温度区间内变化.在1 000℃,复合材料的表观塑性变形激活能为536 kJ/mol,显著高于纯钛合金的激活能;在1 150℃,计算出的复合材料表观塑性变形激活能为245.2 kJ/mol,略大于纯钛合金的激活能.变形激活能的显著差别显示复合材料的变形机制发生了变化.在此温度区间内,TiC/Ti复合材料的变形机制受到TiC颗粒以及基体中α/β相比例的影响.     

纳米SiC增强纯Al基复合材料的微观组织和力学性能

与采用微米尺度SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料相比,以纳米SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料具有更加优异的力学性能,可极大提高SiC增强Al基复合材料的服役可靠性及应用范围。采用传统粉末冶金方法制备纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料,研究烧结温度和增强相体积分数对复合材料微观结构和力学性能的影响。研究表明,烧结温度和增强相体积分数均对复合材料的微观结构和力学性能有重要影响。随烧结温度升高,复合材料中的残留微孔减少,密度和强度均得到显著提高。含体积分数为3%纳米SiC颗粒的复合材料在610℃具有最高的强度,进一步提高纳米SiC颗粒的含量并不能提高材料的力学性能,这主要是由于当纳米SiC颗粒的体积分数超过3%时将出现明显的团聚,从而降低强化效应。     

原位合成SiC对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

以铝粉、硅粉、石墨粉为原料, 通过冷压真空烧结原位合成了含不同质量分数SiC颗粒的SiC/Al-18Si复合材料。利用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜和能谱分析仪等设备手段表征了铝基复合材料的相组成和微观结构, 研究了原位合成SiC对复合材料微观结构、抗弯强度和显微硬度的影响, 分析了复合材料力学性能的变化规律。结果表明: 复合材料的基体相为Al相, 第二相为Si相和SiC相; 原位合成的SiC颗粒弥散细小的分布在Al基体中, 其颗粒尺寸主要分布在0.2~2.8 μm, 具有亚微米、微米级的多尺度特性; 随着SiC质量分数的不断增加, 复合材料的显微硬度增大, 同时颗粒的平均尺寸仅由0.81 μm增大到1.13 μm, 但仍均匀分布, 正是这种尺寸稳定性, 使得SiC/Al-18Si复合材料硬度远大于Al-18Si; 当SiC质量分数为30%时, 材料的显微硬度最高, 达到HV 134, 相较于Al-18Si提高了88%。     

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。     

原位自生TiB2p/Al-18%Si复合材料的组织和性能

采用TiO2和KBF4粉体为反应物,适量Na3AlF6为覆盖剂,用熔体直接反应法制备了TiB2p/Al-18%Si复合材料,通过OM、SEM和EPMA对复合材料的相及微观组织进行研究,并测试了常温条件下复合材料的硬度、抗拉强度和干滑动摩擦磨损性能。结果表明,原位反应生成的TiB2颗粒尺寸小于1μm,且大多数在Al-18%Si合金基体中均匀分布,粗大的α-Al枝晶和针状共晶Si组织得到细化;复合材料的硬度、抗拉强度、摩擦磨损性能高于无TiB2颗粒的Al-18%Si合金。     

原位自生钛基复合材料的研究进展

原位自生钛基复合材料以其高比强度和高比模量引起了人们的广泛关注,尤其是如何提高其高温性能成为近年来钛基复合材料研究的热点.该文详细综述了原位自生钛基复合材料的各种制备方法、增强体与钛基体的选择、各种增强体的反应体系以及原位自生钛基复合材料的组织结构与力学性能,指出了原位自生钛基复合材料今后的发展方向.     

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。     

原位合金化和原位颗粒共同强化铝基复合材料的微观组织

制备了Al₂O₃/Al-Cu和Al₂O₃/Al-Cu-Si原位复合材料,采用SEM观察显微组织,XRD分析物相,EDS分析相所含元素.初步结果表明,原位合金化和原位颗粒共同强化金属基体是可行的,合金元素Cu和Si出现在基体中,细小增强颗粒Al₂O₃呈弥散分布.     

原位自生Al2O3颗粒增强Al基复合材料的研究

本研究是在Al基材料中加入了Cu3O颗粒,原位反应生成Al2O3颗粒,从而增强Al基材料.研究采用粉末冶金的方法,先冷压成型,再热压,在温度680~C压℃力1MPa时保温10分钟,成功制备了Al2O3/Al基复合材料.研究了Cu2O含量对该复合材料的密度、硬度、抗弯强度等性能的影响,结果表明:Al-8Ni-3Cu-2Cu2O复合材料的综合性能最好,硬度达到78.66HRF,抗弯强度达到254.35MPa.利用扫描电镜观察复合材料的表面形貌(SEM图像),并对试样成分进行分析(BSE图像),发现试样的成分分布比较均匀.通过XRD图谱和热力学分析表明:经热压后,该复合材料新生成物相主要为Al2O3.     

车用碳纤维增强Al-Cu基复合材料的微观组织及力学性能研究北大核心

采用真空压力渗透法制得Cu电镀液涂覆处理后的碳纤维(CF)增强Al-Cu基复合材料,进行力学性能测试并观察其显微组织。结果表明:对碳纤维表面进行镀Cu处理后形成了具有致密组织、厚度约1μm的界面层,界面层与碳纤维之间形成了紧密结合状态。碳纤维和Al-Cu基体之间形成了良好结合,未发现与Al-Cu基体呈分离状态的碳纤维束。碳纤维已被Al-Cu液充分渗透,未发现有孔隙出现。相对于Al-Cu基体,复合材料内除包含C与Al之外,还存在Al2Cu金属间化合物。相比Al-Cu基体,CF/Al-Cu基复合材料试样的抗拉强度得到明显提高。在断裂阶段碳纤维束内形成了许多微裂纹,此时形成了阶梯状的断口,并且断口部位也具有平整的结构。     

原位纳米ZrB2颗粒增强AA7055铝基复合材料的微观组织与力学性能

通过Al-Zr-B原位反应体系成功制备了原位纳米ZrB₂颗粒增强AA7055铝基复合材料,研究了原位纳米ZrB₂颗粒对AA7055铝合金微观组织及力学性能的影响规律。研究结果表明：ZrB₂颗粒平均尺寸约为58.9 nm,在凝固过程中可以有效细化晶粒。当颗粒体积分数为2%时,复合材料的室温抗拉强度为620.2 MPa,屈服强度为585.4 MPa,伸长率为12.6%,与基体合金相比分别提升了18.7%,15.6%和38.5%。同时,其200℃下的高温抗拉强度为339.5 MPa,屈服强度为293.3 MPa,伸长率为20.2%,与基体合金相比,分别提升了36.2%,24.4%和43.3%。原位纳米ZrB₂/AA7055复合材料的室温力学性能与高温力学行能均得到显著提升。