TiC含量对高温钛基复合材料组织与性能的影响

通过真空非自耗熔炼工艺制备了不同TiC含量(1,2.5,5,7.5,10,15vol.%)的近α高温钛合金基复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和万能材料试验机,系统研究了TiC_p含量对近α高温钛合金基复合材料显微组织和力学性能的影响规律。研究结果表明,可以利用Ti与C之间的原位反应制备TiC/Ti复合材料,随着TiC含量的升高,TiC的形态逐渐由长条状向等轴状、枝晶状发展,其不同的形态主要是由其凝固路径决定的。室温压缩性能表明,随着TiC含量的升高,抗压强度和屈服强度明显升高,但达到一定值后强度有不同程度的降低,而压缩率随着TiC含量的升高明显降低。     

增强相含量对原位(TiB+TiC)增强钛基复合材料组织与性能的影响

采用放电等离子烧结法制备了(TiC+TiB)/TC4复合材料，并研究了TiC和TiB增强相含量对钛基复合材料物相组成、微观结构和力学性能的影响。采用SPS温度为1 100℃原位合成制备出(TiC+TiB)/TC4复合材料，TiCp和TiBw呈准连续的网状结构分布在晶界处。样品按照TiC∶TiB为1∶1的比例来制备出增强相体积分数为x%(x=0、1、2.5、5、7.5)增强钛基复合材料。在增强相的体积分数为2.5%时复合材料的屈服强度、抗压强度最高，分别为1 264和1 803 MPa,工程应变由基体合金的30%增加至39.4%。     

时效温度对原位TiB+TiC复相增强钛基复合材料组织和性能的影响

研究了时效温度对SPS原位合成的TiB+TiC复相增强Ti-6Al-4V复合材料组织和性能的影响。结果表明,在673～873 K的温度范围时效处理时,随时效温度升高,固溶处理的马氏体逐渐分解,形成弥散点状α+β组织,当时效温度超过823 K后,β相粗化。在773 K时效时复合材料的力学性能最佳,其压缩强度、屈服强度和工程应变分别为1 970、1 632 MPa和15.2%。复合材料的硬度随时效温度的升高而降低。随着磨损载荷增加,复合材料的摩擦因数降低,磨损失重逐渐升高;低载荷时主要发生磨粒磨损,当载荷为50 N时其磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损共同作用。     

搅拌摩擦焊工艺对钛基复合材料焊缝原位自生组织的影响

通过钛基复合材料的搅拌摩擦焊试验,研究了焊缝的宏观形貌和微观组织及成分。通过X射线衍射仪,金相显微镜和扫描电镜,分析了焊缝的物相组成,宏观形貌和显微结构,测试了焊缝的力学性能。结果表明,通过摩擦产生的热量,使得Ti与B_4C、C、LaB_6之间发生反应,进一步促进了钛基复合材料的焊缝中增强体的生成,增强体在焊缝内分布均匀,增强体在焊缝中的原位合成强化了焊缝的强度,避免了气孔、夹渣、裂纹等缺陷。     

纳米金刚石含量对网状结构钛基复合材料组织与性能的影响

通过对钛粉表面修饰聚乙烯醇,利用交联反应使纳米金刚石(NDs)均匀分布在球形钛粉末表面,然后采用放电等离子烧结技术成功制备了网状结构分布的纳米金刚石增强钛基复合材料。研究了不同NDs含量对复合材料组织结构、导热性能与压缩性能的影响。结果表明,部分NDs与Ti原位反应生成了Ti C,其与残留的NDs呈三维网络状分布在TA1纯钛基体中,网络尺寸为100～200μm。导热测试结果表明,随着增强相含量的增加,复合材料的热导率呈下降趋势;压缩实验表明:Ti-1.0%NDs(质量分数)复合材料有较优异的性能,强度提高的同时仍然保持了高塑性。材料断裂时主要是沿网状结构界面处断裂,几百微米尺寸的网状结构起到加固梁的作用,而网络状内部存在着大量纯钛晶粒仍保持较低的硬度和良好的塑性,从而有效的调和了钛基复合材料强度和塑性的矛盾。     

不同(TiB+TiC)含量对颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响

利用海绵钛与B4C粉末之间的自蔓延高温合成反应,经普通熔铸工艺制备了TiB晶须和TiC粒子增强的钛基复合材料.研究了不同TiC、TiB含量对颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响.     

铍含量对钛基非晶复合材料摩擦行为的影响

通过真空电弧熔炼制备了一系列钛基非晶复合材料和钛基非晶合金,研究了合金中铍元素的含量对整体合金摩擦行为的影响。随着合金中铍元素的减少,非晶复合材料中的枝晶体积分数逐渐增加,整体合金的摩擦系数降低,但是合金的磨损率升高。所有材料的磨损表面都展现出了磨粒磨损的磨损机制,并且磨屑的尺寸随着枝晶体积分数的升高而逐渐降低。     

原位合成TiB和TiC增强钛基复合材料热力学

根据热力学理论编程计算了钛与Ｂ４Ｃ反应的反应生成焓ΔＨ与Ｇｉｂｂｓ自由能ΔＧ以及反应式（ｘ＋５）Ｔｉ＋Ｂ４Ｃ＝ｘＴｉ＋４ＴｉＢ＋ＴｉＣ的绝热温度。计算结果表明：钛与Ｂ４Ｃ反应释放出大量热,反应能自发维持,而过量钛与Ｂ４Ｃ反应更易生成ＴｉＢ和ＴｉＣ增强体。由于钛作为稀释剂吸收热量,随着过剩钛含量的增加,反应的绝热温度逐渐下降,过剩钛完全熔解的初始温度逐渐升高。     

TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料微观组织及力学性能的影响

通过3次真空自耗电弧熔炼、自由锻+旋锻的方式制备了不同TiB+TiC含量的颗粒增强钛基复合材料,研究了TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料组织与力学性能的影响。结果表明,添加的B4C在基体中完全反应,TiC为唯一碳化物,TiB为唯一硼化物。经锻造后,钛基复合材料横向组织由球状、片状α相和包围在四周的β相组成,短棒状和块状增强相离散分布,而纵向组织由沿着流变方向被拉长的α相和β相组成,增强相沿着流变方向排列分布。当TiB+TiC含量为5vol%时,钛基复合材料表现出优异的综合性能,抗拉强度达到1291 MPa,延伸率为8.5%,磨损体积较相同工艺制备的TC4钛合金减少25%。当TiB+TiC含量增加到10vol%时,粗大的TiB增强相和微孔缺陷数量大幅增加,钛基复合材料的塑性和耐磨性被削弱。     

Mg含量对原位TiC/Al-4.5Cu复合材料微观组织与拉伸性能的影响

采用接触反应法制备了原位TiC/Al-4.5Cu复合材料,借助光学显微镜、透射电子显微镜研究了向基体合金中添加不同含量的Mg对复合材料微观组织和拉伸性能的影响。结果表明:随着Mg的添加量由0.8%(质量分数,下同)增加到2.0%,TiC/Al-4.5Cu复合材料的延伸率下降,而抗拉强度在1.5%Mg时,达到极值。与同等条件下制备的不含Mg的TiC/Al-4.5Cu复合材料相比,抗拉强度提高了17.7%,但延伸率下降了17.9%。TiC颗粒的细化有助于复合材料力学性能的提高,但针状Al2CuMg相的析出阻碍了复合材料塑性的进一步提高。TiC/Al-4.5Cu-Mg复合材料中TiC颗粒尺寸为100nm左右。     

原位合成钛基复合材料增强体TiC的微结构特征

利用钛与石墨之间的自蔓燃高温合成反应经普通的钛合金铸造工艺制备了TiC增强的钛基复合材料。借助X射线衍射仪、光学金相显微镜和透射电镜分析了钛基复合材料的物相组成和增强体的微观结构。结果表明 :复合材料由TiC增强体和基体钛合金组成。TiC显示两种不同的形态 :树枝晶状和等轴或近似等轴状。原位合成的增强体TiC以溶解析出的方式生长。从二元相图分析 ,凝固过程经历三个阶段 :初晶TiC ,二元共晶 β Ti TiC和固态相变。由于成分过冷的形成 ,初晶TiC以树枝晶的形态生长。二元共晶TiC以等轴或近似等轴状生长。少量的TiC在形核与长大的过程中形成孪晶结构 ,孪晶面是 (111)面     

增强体含量对原位合成钛基复合材料微观组织及力学性能的影响

使用原位自生法制备出4种TC18钛基复合材料。结果表明,热处理过程中随着增强体含量增加,β晶粒的合并速度加快,且β晶粒的尺寸分布标准差呈现下降的趋势,该组织现象与增强体对β晶界迁移的影响有关。增强体对晶界迁移钉扎能力的下降是导致该细化规律的首要原因。TiB和TiC摩尔比为4:1的复合材料在拉伸试验中塑性俱佳,但是屈强比却均高于0.96,且随着增强体含量增加呈现增加的趋势。拉伸过程中晶界对位错的吸收致使位错强化增加减缓,增强体加速了晶界对位错的吸收从而导致了上述结果,也正因为如此,晶粒细化对增韧作用的贡献会随着增强体含量增加而增加。     

Si含量对铝基复合材料摩擦性能的影响

采用粉末冶金法制备Si颗粒增强铝基复合材料,在不同的载荷条件下进行干摩擦试验,研究增强相Si含量对材料摩擦性能的影响。结果表明,增强相Si的加入有效提高了复合材料的摩擦性能;随着Si含量的增加,摩擦因数和磨损量均先减小后增大,当Si含量达到12%时,其摩擦性能最好。通过SEM和EDX分析铝基复合材料磨损表面,其磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损。     

ZrC含量对TiC基金属陶瓷组织和性能的影响

真空烧结制备了TiC-ZrC-Co-Ni系金属陶瓷,研究了ZrC对TiC基金属陶瓷显微组织和室温力学性能的影响。结果表明:未加ZrC的TiC基金属陶瓷的显微组织表现为经典的黑芯-灰壳组织,硬质相形状多为球形;而加入ZrC后的金属陶瓷随着ZrC加入量的增多,组织逐渐细化,硬质相形状大多数为方形,硬质相与粘结相界面呈现直线,在黑芯周围出现白色球状(Ti,Zr)C固溶体。由于Co、Ni对ZrC的润湿性不理想,金属陶瓷的致密度随着ZrC含量的增加而下降,室温力学性能(抗弯强度、硬度、断裂韧性)也随之降低。     

TiC颗粒强化钛基复合材料

对于宇航机器的机体结构件和发动机部分,高强度轻质钛合金是不可缺少的材料．但是现有的钛合金的耐热温度极限只有gn℃,在更高的温度下不得不使用很重的镍基合金．而且钛合金较之铁合金在刚性和有关滑动特性方面都比较差．发现在钛合金中如果均匀地分散以TIC、TIB之类耐热陶瓷颗粒制成复合材料,就能有效地克服上述缺点．研究了机械合金化制备的卫c颗粒强化的钛基复合材料的性能,研究用的原料是粒径＜凸pm的纯钛粉和平均粒径为0．opm的石墨粉,按所要求的体积比将钛粉与石墨粉混合后放人行星式高能球磨机中,以138到265T／ndn的转速球…     

热处理对钛基复合材料组织和性能的影响

通过对5vol%(TiC+TiB)/Ti-6Al-4V试样进行不同热处理,从而研究热处理对其组织和力学性能的影响。研究结果发现:钛基复合材料淬火后组织主要是由针状马氏体α'构成,回火后一方面晶格畸变发生回复,另一方面α'相转变为板条状α相,并且随着回火温度的上升,α板条粗化;由于组织的变化造成硬度随回火温度的升高先降低后上升,而屈服强度先上升后下降,抗拉强度则先上升后变化趋缓。热处理对钛基复合材料的断裂机制影响不大,钛基复合材料都是解理断裂为主;回火转变使延伸率下降,但提高回火温度又会造成钛基复合材料断裂伸长率增加。     

钛基复合材料用TiC颗粒

用自蔓延高温合成(SHS)技术由Ti粉,C粉,Al粉制备了TiC颗粒,对其尺寸、均匀性、表面形貌等基本特性进行了测试.结果表明,TiC颗粒尺寸均匀,形状为圆形或等轴多边形,无尖棱角,粒间无粘连,分布均匀.     

热处理对IMI834钛基复合材料组织与性能的影响

采用熔铸原位自生法制备钛基复合材料,增强相为3vol%的Ti C和3vol%Ti B,基体为近α钛合金Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si-0.06C(IMI834),设计合理热处理工艺,对所得材料进行不同工艺参数的固溶+时效处理,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对合金进行显微组织观察和成分分析,利用电子万能试验机和摩擦磨损试验机对合金压缩和耐磨性能进行测试。研究发现:通过热处理可以提高复合材料性能,固溶温度为1050℃、时效温度为500℃时综合性能最佳,与铸态IMI834合金比较,其洛氏硬度从53 HRC增加到58 HRC,磨损体积从14.8 mm~3减少到7.0 mm~3,平均摩擦系数从0.34下降到0.25。钛基复合材料经过热处理后,粘着磨损和氧化磨损减弱,磨粒磨损为主要磨损机制。     

热处理对TP-650钛基复合材料组织与性能的影响

研究了热处理条件对ＴＰ－６５０钛基复合材料组织与机械性能的影响。基体钛合金的显微组织以及ＴｉＣ粒子与基体间的界面宽度随热处理加热温度而变。ＴｉＣ粒子在热处理过程中有较好的稳定性，形态与分布没有明显改变。ＴｉＣ粒子对基体钛合金的再结晶产生重要影响，明显阻碍了晶粒聚集长大。所试验的热处理工艺对ＴＰ－６５０钛基复合材料的强度极限无显著影响，但简单退火和较低温度下的双重热处理可以获得较高的延性。     

TiC含量对微波烧结TiC/TC4复合材料组织和性能的影响

通过微波烧结法制备TiC/TC4复合材料,研究不同质量分数增强相TiC(0%、5%、10%、15%)对钛基复合材料显微组织和性能的影响。结果表明:TiC/TC4复合材料只有TiC和基体α-Ti+β-Ti 3种物相组成。随着增强相TiC含量增加,TiC/TC4复合材料相对密度、显微硬度(HV)、室温抗压缩强度均提高,分别达到98.01%、6610 MPa、1789 MPa,其相对密度与有关文献中的真空烧结相比提高2%~6%,其抗压强度与熔铸法制备的铸态钛基复合材料相比提高5%~15%。随TiC含量增加,TiC/TC4复合材料耐磨性提高,摩擦系数在0.25~0.30之间,其室温磨损机制由磨粒磨损和粘着磨损转变为轻微的剥层磨损。