TiC颗粒增强钛基复合材料的制备及其微观组织

采用直接加入TiC粉的方法制备了原位自生TiC增强钛基复合材料，此法与国内研究者常用的加入石墨粉的方法相比，制备的复合材料成分准确，易于控制。制备的复合材料由Ti和TiC相组成，其中TiC为初生树枝状和短棒状共晶组成。TEM研究发现：还存在0．3-0．6μm的规则块状TiC，多分布在晶界上；TiC颗粒与基体界面干净、无反应层，基体中存在较多的位错，且位错线上存在析出物。     

颗粒增强钛基复合材料轧棒加工与性能

研究了颗粒增强钛基复合材料轧棒加工工艺,采用自由锻造和轧制方式成功制备出规格为φ18×2000 mm的棒材,棒材表面质量良好.同时研究添加颗粒在加工过程稳定性及对复合材料性能和组织影响,结果表明添加的TiC颗粒不论在熔炼过程、自由锻造过程,还是轧制过程中都是稳定的.复合材料具有较好的热强性和室温塑性.     

TiC颗粒增强钛基复合材料的热变形行为研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上进行热压缩试验,研究了变形温度为900～1150 ℃,应变速率为0.001～10 s-1的TiC颗粒增强钛基复合材料的热变形行为.根据所得应力应变曲线分析了该合金的热变形特征,计算了α+β区域的平均变形激活能为799 kJ/mol,β区域平均变形激活能为105 kJ/mol.并根据动力学模型建立了加工图,分析了加工图中的高功率耗散区和流变失稳区,确定了不同区域的变形机制.观察了变形后的显微组织.结果表明:在温度范围为900～980 ℃,应变速率范围为0.001～0.1 s-1的低应变速率区域发生了超塑性和动态再结晶;在温度范围为1000～1100 ℃,应变速率范围为0.1～10 s-1的高应变速率区域变形机制主要是由亚晶界迁移扩散控制的动态再结晶.两个流变失稳区分别发生在温度为900～950℃,应变速率为0.1～10 s-1的区域和温度为1080～1130 ℃,应变速率为0.001～0.01 s-1区域.     

TiC颗粒增强钛基复合材料的形变断裂

通过对ＴｉＣ颗粒增强钛基复合材料断裂研究表明：ＴｉＣ颗粒的缺陷比例对复合材料的断裂裂纹扩展速率有较大影响。形状规则且无缺陷的粒子在受力的初期不易破断,可较大提高裂纹扩展所需。反之,易破碎的粒子则增加了裂纹尖端的扩展应力,提高了裂纹扩展速率。适当的热处理可提高裂纹扩展所需塑性功,从而在一定范围内改善复合材料塑性。     

TiC颗粒增强钛基复合材料的形变

研究了TiC颗粒增强钛基复合材料增强颗料和基体之间的不均匀形变,得出颗粒和基体之间的形变过程中产生形变摩擦阻力,通过弹塑性力学计算出的TiC/Ti界面上颗粒阻碍基体变形力为TiC强度的0．6倍,阻碍基体中滑移的进行,使基体得到强化。另一方面,当界面上的形变应力同基体的某个晶面形成位错源时,可放出位错环,使应力得到释放,同时增加基体的位错密度,位错互相缠绕形成胞状亚结构,强化基体。     

SHS法制备钛基复合材料用的TiC颗粒

研究了由Ti，C，Al元素粉末通过自蔓延高温合成(SHS)工艺制取TiC颗粒过程中体系物相组成的变化情况，以及合成产物的状态。采用燃烧波淬熄法制备了样品，用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微(SEM)技术分析、检测了所得样品的相组成和微结构。结果表明，在Ti—C—Al系的燃烧合成反应中，分别产生Ti—Al，Ti—C和Al—C间的多个反应，生成多种金属间化合物相，但最终产物以TiC和纯Al相为主。反应产物的形态为纯Al相分隔的符合化学计量比的等轴TiC颗粒多孔堆积体，颗粒大小均匀，尺寸多在2μm一8μm之间。     

颗粒增强低成本钛基复合材料

采用TiC颗粒和熔铸法制备TiCp／TIMETAL62S复合材料，研究了钛基复合材料的显微组织和室温力学性能。结果表明：TiCp／TIMETAL62S复合材料的组织由针状αa相、少量β相和TiC颗粒组成；TiC颗粒改变了基体合金原有组织，促进了复合材料组织的细化；钛基复合材料具有良好的室温强度和塑性，复合效果良好。     

TiC颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能

利用伺服式疲劳实验机和杆一杆型冲击拉伸实验机对TiC颗粒增强钛基复合材料TP650和基体钛合金的静动态力学性能进行研究,得到不同应变率下复合材料的应力一应变曲线.结果表明,复合材料和基体材料的屈服应力均随应变率的增加而提高,属于应变率敏感材料;TP650的破坏形式以颗粒附近基体的撕裂以及颗粒与基体合金的脱粘为主,几乎没有发生颗粒破碎现象.假设复合材料的微观结构为非均质单胞在空间的周期性重复排列,利用有限元软件对钛基复合材料的静动态力学性能进行数值模拟研究,计算结果与实验结果吻合良好.进一步通过数值模拟预测了颗粒形状和颗粒体积分数的变化对TiC颗粒增强钛基复合材料静动态力学性能的影响.     

颗粒增强钛基复合材料的蠕变行为

颗粒增强钛基复合材料若要在高温环境下得到应用，研究其蠕变性能是极其重要的，但这方面的研究未见有详细的报道。以下给出一些研究人员的研究结果。540℃下，Ti－6－4／15％TiCp（体积分数，下同）的蠕变断裂时间比基体的要长1个数量级。在500℃～650℃，230MPa和700MPa下，TiB2强化的Ti－6－4基复合材料的糯变应变速率比基体的低2个数量级，而TiC强化的Ti－6－4基复合材料比基体的低1个数量级．500℃和600℃下，RSPTiB／Ti－7．5Al－4V的蠕变速率比基体合金的低1个数量级。有人采用压缩法研究Ti、Ti－Ti2C和Ti－TiB－Ti2C的…     

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     

连续纤维增强钛基复合材料热残余应力的研究进展

综合论述了连续纤维增强钛基复合材料热残余应力的分析方法如：X射线衍射和中子衍射方法、剥层法、基片弯曲法以及选择基体腐蚀法等，以及热残余应力对复合材料力学性能的影响。就热残余应力的影响因素总结了人们在降低复合材料热残余应力方面所作的各种努力，在此基础上指出了当前研究存在的缺陷和今后的发展方向。     

聚碳硅烷原位自生增强钛基复合材料的组织及性能研究

以低氧氢化脱氢钛粉和陶瓷先驱体聚合物聚碳硅烷(PCS)为原料,通过粉末冶金工艺原位自生制备高强高塑钛基复合材料,探究了PCS的引入对钛基复合材料的控氧效果、烧结致密化过程、基体显微组织和力学性能的影响规律。研究表明：采用湿混包覆工艺可以将PCS包覆于Ti粉表面,有效控制材料制备过程中的氧增,其中制备的Ti-1.0 wt.% PCS复合材料的氧含量为0.21~0.24 wt.%,显著低于未经处理的CP-Ti样品(0.36~0.41 wt.%)。在烧结过程中,PCS受热分解并与Ti基体原位反应生成TiC颗粒,弥散分布在基体中,而Si元素则固溶于Ti基体。PCS的引入对Ti基体的性能具有明显的改善作用,经1200 °C/2 h烧结制备的Ti-1.0 wt.% PCS复合材料致密度达到98.4%,洛氏硬度为47.3 HRC,屈服强度为544 MPa,抗拉强度为650 MPa,延伸率为14.5%,其综合性能指标显著优于CP-Ti样品。     

利用钛铁矿制备纳米碳管/碳化钛复合粉体材料的工艺

以钛铁矿为原料,在等离子体和微波场的分步作用下,制得了纳米碳管,碳化钛复合粉体材料.通过研究纳米碳管的等离子体生长工艺和微波强制碳化工艺,得出了合理的制备条件:制备纳米碳管的条件为微波功率550W,腔体内压强5kPa左右,CH_4流量2.3mL·min~(-1),H_2流量45mL·min~(-1),处理时间40min.强制碳化处理阶段,微波功率900W,时间20min.结果表明,纳米碳管/碳化钛复合镀层具有较高的硬度和较小的摩擦系数.     

利用自蔓延高温合成工艺在铸钢表面制备TiC/Fe复合材料层

在干砂消失模铸造模样表面涂敷一层经压实的自蔓延高温合成（SHS）粉料（Ti粉、C粉、Al粉、Fe粉按一定比例配制）,浇注过程中钢液自动点燃SHS粉料,使其反应生成增强陶瓷相（TiC）。钢液铸渗到反应后的SHS陶瓷层中,使陶瓷增强相均匀地分散到熔融的表层金属中,从而使铸件表面获得TiC/Fe自生复合材料层。表面复合层硬度可达HRC54～59,经900℃×2h退火后,产生大量细小且弥散的二次TiC颗粒。     

Effect of Hot Isostatic Pressing Parameters on the Microstructures and Grain Growth Behavior of the Matrix of SiCf/Ti-6Al-4V Composites

在两种不同的热等静压工艺参数下采用基体涂层纤维法(MCF)制备了SiCf/Ti-6Al-4V复合材料。基于实验观察和理论分析研究了复合材料基体的显微组织特征和晶粒长大行为。采用EDS和SEM分析技术研究了基体的相组成及相应的化学成分、形貌和体积分数等主要显微特征,为Ti-6Al-4V基体涂层纤维(MCFs)热压成SiCf/Ti-6Al-4V复合材料过程中基体显微组织演化提供了一定的参考依据。此外,基于Lifshitz-Slyosov-Wagner(LSW)动态再结晶模型预测了热等静压过程中基体的晶粒长大行为,并讨论了理论预测与实验结果之间的关系。     

纳米压痕法测量超细晶工业纯钛室温蠕变速率敏感指数

室温下,采用复合细化(ECAP+冷轧+旋锻)工艺,制备出平均晶粒尺寸约为180 nm的超细晶工业纯钛,其抗拉强度高达870 MPa。利用纳米压痕仪对超细晶工业纯钛以恒加载速率/载荷的方式进行测试实验,通过测定压头保载阶段的压入位移和材料的硬度值计算得出室温蠕变速率敏感指数m值。结果表明:超细晶工业纯钛由于晶粒明显细化,晶界数量增多,晶界长度增加,位错增殖,在室温下表现出优良的抗蠕变能力,适合在压力环境下长期工作,其蠕变机理主要为蠕变位错机理。室温蠕变速率敏感指数m值与加载条件无关,主要由材料的微观组织决定。     

Numerical Simulation of Titanium Alloy Ingot Solidification Structure during VAR Process Based on Three-Dimensional CAFE Method

建立三维多尺度数学模型计算Ti-6Al-4V合金铸锭真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中的温度场、流场及凝固组织的形成。该模型包括宏观质量、动量及能量守恒方程和介观晶粒形核生长模型。在传热与流动计算的基础上,模拟铸锭VAR过程中的三维凝固组织的形成。对比计算结果与实验观察可知,两者在晶粒结构与晶粒生长方式方面吻合较好。当考虑VAR过程中熔池表面的辐射换热后,铸锭顶部的柱状晶被很好地呈现。最后,考察了自然对流对铸锭凝固组织的影响,计算结果表明自然对流对柱状晶-等轴晶转变(CET)及晶粒尺寸影响较大,表现为促进CET及细化晶粒。     

Microstructure and Mechanical Properties of Cu Matrix Composites Reinforced byTiB2/TiN Ceramic Reinforcements

Cu matrix composites reinforced by TiB₂/TiN ceramic reinforcements (Cu/TBN composites) were prepared by hot pressing method. Prior to the hot pressing, Cu/TiB₂/TiN composite powders (CTBN powders), which were used as the starting materials of Cu/TBN composites, were fabricated by self-propagating high-temperature synthesis method. The CTBN particles were found to be in a special core-shell structure with a Cu-Ti alloy core and a TiB₂/TiN ceramic shell. The test results presented obvious improvements in mechanical properties. The highest ultimate tensile strength reached up to 297 MPa, 77 MPa higher than that of Cu. And the highest hardness reached up to 70.7 HRF, 15.7 HRF higher than that of Cu. A comparative study indicated that the core-shell structured particles could bring about more obvious strengthening effect than the traditional irregularly shaped particles, which was due to the improved Cu/ceramics interfacial bonding, the linkage strengthening effect of both TiB₂ and TiN, and higher load bearing ability of the core-shell structured reinforcements.     

Fe3Al/18-8扩散焊接头热处理后组织性能的变化

采用不同的热处理工艺对FeAl／18—8扩散焊接头进行热处理,利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等测试手段对热处理后的组织性能进行了分析。试验结果表明：经过焊后热处理的FeAl／18—8扩散焊接头组织更加均匀,扩散过渡区中弥散分布有第二相析出物,合理的焊后热处理工艺为：加热温度800℃、保温时间30min、炉冷至700℃再空冷。热处理后FeAl／18—8扩散焊接头的显微硬度降低．没有出现高硬度脆性相。