TiC/Ti层状复合材料组织与力学性能研究

为了平衡钛基复合材料（titanium matrix composites, TMCs）的强度和延展性,通过电泳沉积将氧化石墨烯（graphene oxides, GOs）沉积到Ti箔表面,然后进行放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）制备了具有层状结构的原位TiC/Ti复合材料,并对复合材料进行冷轧和退火处理从而进一步优化复合材料的综合力学性能。结果表明,烧结过程中,Ti箔表面的GOs与Ti基体反应形成了原位TiC,从而形成了TiC/Ti层状复合材料,随着沉积时间的增加,分布在Ti层之间的TiC的含量增加;复合材料经过冷轧和退火后,退火态材料的晶粒为等轴晶,且TiC仍然保持层状分布特征。沉积时间120 s时,烧结态材料的抗拉强度（UTS）为555 MPa,伸长率（δ）为15%;退火态材料的抗拉强度为568 MPa,伸长率为27%,相比于烧结态材料,退火态材料达到了较好的强塑性匹配。此外,基于微观组织及断裂行为的分析对复合材料的强韧化机制进行了讨论。     

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。     

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。     

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。     

(TiB+Nd2O3)/Ti复合材料的显微组织与力学性能

以钛、B2O3和稀土钕为原料,通过熔炼法合成了钛基复合材料。采用扫描电镜、透射电镜及力学性能测试,研究了稀土钕对复合材料组织与性能的影响。结果显示,原位合成的复合材料中,增强体为均匀分布于基体中的Nd2O3与TiB;Nd2O3的形状有细小层片状、板条状及球状,与基体之间没有发生显著的界面反应。稀土钕的添加有助于改善复合材料的塑性与高温强度。     

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%。     

铝合金铸件壁厚对机械性能的影响

研究了铸件壁厚对ＺＬ１０１合金，ＺＬ１０４合金，ＺＬ２０５合金，ＺＬ２０１合金及ＺＬ２０５Ａ合金机械性能的影响。研究表明：这些合金随铸件壁厚的增加机械性能下降。ＺＬ２０１，ＺＬ２０５Ａ合金的机械性能受壁厚的影响比ＺＬ１０１合金，ＺＬ１０４合金和ＺＬ１０５合金的机械性能受壁厚的影响大。     

热处理对锻态2.5vol.%(TiB TiC)/Ti复合材料组织与性能的影响

研究了热处理条件对锻态2.5vol.%(TiB TiC)/Ti复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明：固溶时效处理对复合材料的基体组织特征有显著影响,在两相区进行固溶时效处理后,得到等轴和双态组织,随固溶温度的升高,初生α相含量逐渐降低,而β转变组织含量逐渐升高,当固溶温度超过β转变温度时,得到全片层组织。TiB和TiC增强相在热处理过程中较为稳定,形态与分布无明显变化。固溶时效处理后,锻态复合材料的拉伸强度提高而塑性降低,随固溶温度的升高,复合材料的室温拉伸强度和塑性均有明显增加,而650 oC下拉伸强度与塑性与室温下表现出相反的规律。复合材料经1050oC/2h/AC 600oC/6h/AC处理后综合性能最好,室温拉伸强度为1215.8MPa,延伸率为3.14%,650 oC下拉伸强度为629.9MPa,延伸率为15.9%。     

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。     

Microstructure of in-situ TiC particle reinforced titanium alloy matrix composites

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｉｔａｎｉｕｍｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇｆｏｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ .Ｕｓｕ ａｌｌｙ ,ｍａｔｒｉｃｅｓａｒｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎｃａｒ ｂｉｄｅｆｉｌａｍｅｎｔｓ .Ｔｈｒｅｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｈａｖｅｂｅｅｎｉｄｅｎ ｔｉｆｉｅｄｉｎＳｉＣ/Ｔｉｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｍａｔｅｒｉａｌｓ :( 1)ｕｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆ…     

冷却方式对BT25y钛合金显微组织和拉伸性能的影响

采用金相(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等技术研究了固溶处理后的冷却方式对BT25y钛合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明,950℃固溶处理后空冷得到的组织由α相与β转变组织组成,水淬与油淬组织主要由等轴α相、针状α'相与羽毛状α'马氏体相组成;与油淬相比,水淬得到的α'相的晶格常数a值减小,b值增大。经时效处理后,固溶后空冷组织的相组成没有变化,油淬与水淬组织中的马氏体相分解为稳定的α相与β相。室温拉伸结果表明:相对于空冷组织,油淬与水淬组织的屈服强度与抗拉强度明显升高,而延伸率明显低于空冷组织,该现象与原始β晶粒内析出的次生α相的弥散程度及界面密度有关。     

TiC/2014复合材料的制备和力学性能研究

采用自蔓延高温合成法 (SHS)制备了 3 0 %TiC/Al中间合金 ,再以 2 0 14铝合金作为基体 ,利用搅拌铸造法加入一定量的中间合金制备 5 %TiC/ 2 0 14铝基复合材料 ,并研究了中间合金中相组成以及TiC颗粒的加入对复合材料力学性能的影响。研究表明 ,采用SHS技术制备的中间合金中只形成尺寸细小、排列紧密的TiC颗粒 ,TiC颗粒的加入可以提高TiC/ 2 0 14复合材料的力学性能 ,尤其是高温性能。     

TiC／ZA43复合材料的组织及热膨胀性能研究

采用XD^TM以与搅拌铸造法相结合的工艺制备了TiC/ZA43复合材料,研究了其微观组织,测定了其在50－250℃间的热膨胀系数值。结果表明：TiC颗粒增强相的加入使ZA43合金的微观组织和热膨胀性能显著改善。     

SHS合成TiC粉对铁基涂层显微组织和硬度的影响

以钛粉、石墨粉为原料通过自蔓延高温(SHS)合成TiC,通过破碎、筛分制得不同粒度的TiC.以此TiC为硬质相、以铁基合金粉为粘结相通过真空熔覆方法,制得TiC/Fe基耐磨涂层.研究了TiC不同含量、粒度对涂层的微观组织、硬度的影响,并与添加传统微米级TiC的涂层进行了比较.结果表明:当TiC粒度一定时,随着TiC含量...     

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     

TiC的添加对Mo-Ti合金性能与组织结构的影响

采用粉末冶金法,通过在金属Mo中添加TiH2粉末及超细TiC粉末制备Mo-Ti-TiC合金,研究TiC的添加对Mo-Ti合金的拉伸性能和显微组织的影响.结果表明,TiC的添加使Mo-Ti合金的拉伸强度得到有效提高.TiC添加量在0.05%(质量分数)时,合金拉伸强度最高,强度较Mp-Ti合金提高了31.7%.TiC的添加保护了基体中由TiH2颗粒分解脱氢所形成的单质Ti颗粒,降低其氧化程度.添加TiC后,合金内部生成含元素Mp、Ti、O和C的第二相粒子,有效阻止合金晶粒长大,因此,随着合金中TiC含量的增加,合金的晶粒尺寸减小.