钛基复合材料的高周疲劳性能研究

研究了TiC粒子增强的钛基复合材料的室温轴向高周疲劳性能。测试Kt=1的试样时采用的试验频率为76Hz，R＝0．06和R＝－1时，复合材料的室温疲劳强度分别为594MPa和494MPa。试验结果表明TiC粒子增强的钛基复合材料的室温高周疲劳性能与细晶组织的Ti-6Al-4V和IMI834的相当。复合材料内含有较细小的薄片状组织，这种组织为α β相互相交错构成，这种细小的α β相间的层状组织对于阻止疲劳裂纹的扩展和提高疲劳裂纹的扩展寿命有重要作用。退火后的复合材料疲劳裂纹扩展区规则且较宽广，从而也使复合材料具有较高的疲劳强度，疲劳裂纹扩展寿命延长。     

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.     

石墨烯增强钛基复合材料制备工艺与性能研究

以多层石墨烯为增强体,通过熔炼锻造(MF)和粉末冶金(PM) 2种工艺分别制备出规格为Φ10 mm的石墨烯增强钛基复合材料棒材。石墨烯在凝固过程中以TiC枝晶形态析出,变形后呈细小颗粒,其中Ti和C原子比约为2∶1。石墨烯和球形钛粉经过机械合金化和变形加工,在基体中反应形成薄片层。MF工艺对应的棒材拉伸强度可达476 MPa,延伸率保持在28%; PM工艺对应的棒材拉伸强度可达487 MPa,延伸率保持在30%。PM工艺可形成尺寸较小的薄片状石墨烯增强体,强化作用提升,同时塑性没有显著下降。     

TP-650钛基复合材料中的界面

研究了ＴＰ－６５０钛基复合材料中ＴｉＣ粒子与基体钛合金之间的反应界面。利用ＳＥＭ和ＴＥＭ观察了界面的形态，界面窄而干净，没有发现其它反应产物。用电子能量损失谱仪测量了反应界面内的Ｃ浓度变化，测出了界面层的宽度。Ｃ浓度曲线呈连续变化，没有突变点，可以认为反应界面层主要是ＴｉＣ粒子降解反应引起的Ｃ原子向基体内扩散的失碳层。界面层的宽度随热处理加热温度而变，加热温度越高，界面层越宽。     

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。     

TiC颗粒增强钛基复合材料的内应力

利用X射线衍射技术测试了TiC颗粒增强钛基复合材料Ti-6Al-4V 7％TiC(质量分数，下同)(T64)，Ti-3Al-2．5V 7％TiC(T32)和Ti-6Al-2．5Sn-4Zr-0．5Mo-1Nb-0．45Si 3％TiC(T650)的内应力。发现该复合材料在800℃左右存在一个应力性质转变点，即在800℃以上处理，钛基体感生残余拉应力，增强TiC颗粒感生残余压应力；在800℃以下处理，应力性质相反。并且内应力随处理温度升高而增加，由Eshelby模型得出，该转变点和钛合金基体的相变点有关。     

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。     

TiCp/AZ91复合材料微观断裂机制的研究

对TiCp增强AZ91复合材料室温下进行拉伸试验时发现,随着复合材料中TiCp含量的增加其断口形貌发生明显变化。认为TiCp的加入,使得复合材料断裂机制发生了转变。当TiCp含量较低时,复合材料的断裂主要由β-Mg17Al12相控制,断口中韧窝明显。随着TiCp含量的增加,断裂机制转变为TiC与α-Mg/β-Mg17Al12脱粘机制即由界面控制,断口中韧窝不再明显。当TiCp含量继续增加,颗粒在基体内逐渐团聚。此时材料的断裂为TiCp团簇控制机制。实验表明,TiCp含量在6%时复合材料的抗拉强度达到最高,对应的断裂机制为界面控制机制。同时随着TiCp含量的增加复合材料硬度增加显著。     

固溶处理对TiC_p/AZ91复合材料微观组织的影响

研究固溶处理TiC颗粒增强AZ91复合材料时发现,在β-Mg17Al12相逐渐固溶于α-Mg过程中,基体中TiC颗粒的形貌发生显著变化。固溶处理前,大部分TiC颗粒在α-Mg相中分布均匀、颗粒细小;固溶处理后,TiC颗粒聚集并长大。研究认为,固溶处理时外部环境提供了足够的能量使得邻近的TiC颗粒之间克服了运动阻力,随着β-Mg17Al12相固溶于基体中,TiC颗粒逐渐团聚并长大。同时SEM研究表明,加入TiC颗粒后(加入量为0%~5%),基体晶粒得到不同程度的细化。     

铸造Fe/TiCp复合材料的显微组织和力学性能

通过感应熔炼铸造法制备了一种Fe／TiCp复合材料，采用X-射线衍射、光镜和扫描电镜及能谱分析研究了其铸态和850℃退火态的显微组织和力学性能。结果表明：铸态复合材料的显微组织由珠光体基体和均匀分布的立方状TiC颗粒组成，TiC颗粒与基体界面洁净，抗拉强度817MPa，伸长率2．8％，硬度33．2HRC；经850℃退火后，基体转变为铁素体和珠光体，TiC颗粒形貌基本不变，强度和硬度较铸态有所降低，伸长率略有升高。     

原位生成TiC颗粒增强Ti基复合材料的显微组织

采用粉末冶金方法，通过Ti与Cr3C2反应原位生成TiC颗粒增强钛基复合材料。利用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）等手段对其相组成和显微组织进行了研究。结果表明：通过Ti与Cr3C2反应能够原位生成TiC颗粒，生成的TiC颗粒呈多角状，粒度在几十纳米到50μm范围内；Cr3C2中的Cr固溶在Ti基体中，使基体由α＋β两相合金转变成为亚稳态β型钛合金。     

自生TiCp/Ti复合材料中TiC的生长习性

利用配位多面体生长基元理论研究了自生TiCp/Ti复合材料中TiC的生长习性。TiC晶体的配位多面体生长基元为TiC6。生长基元进入{100}面时为4个棱边同时联结，生长速率最快，不易显露；进入{111}面时为共面联结，生长速率最慢，容易显露。因此，TiC晶体的理想形态为{111} 面为显露面的八面体。TiC晶胚在熔体中生长时，受传热传质过程的影响，6个顶角所处的{100}方向生长速率加快，形态失稳，从{100}方向顶角部位生长出二次枝晶臂，最终形成棱面枝晶状TiC。如枝晶形成时低生长速度的晶面上形成大量的晶体缺陷，则它们的生长速度加快，棱面消失，成为光滑枝晶。     

TiCp／W复合材料的热物理性能

采用热压烧结工艺制备了ＴｉＣｐ／Ｗ系列复合材料,分析测试了温度和ＴｉＣ含量对复合材料的热物理性能的影响规律。结果表明：随着温度的升高,复合材料的定压比热和平均线膨胀系数单调增大,热扩散率稍有减小,热导率略有增大。随ＴｉＣ含量的增加,复合材料的定压比热和平均线膨胀系数线性增大,基本满足混合定律。热扩散率和热导率对材料的组织结构比较敏感,二者均随ＴｉＣ含量的增加而急剧减小。热导率的实测值大大低于理论计算值,这主要是由晶界和孔洞等缺陷对导热粒子的强烈散射作用造成的。     

TiC/Ti3AlC2复合材料的制备及性能研究

利用2TiC-Ti-Al体系的原位放热反应制备TiC/Ti3AlC2复合材料。借助XRD和SEM分析不同合成温度对应产物的相组成和微观结构,并测量其密度和抗压强度。结果表明,随着合成温度的升高,Ti3AlC2含量减小,TiC杂质相含量增大,层状或板状Ti3AlC2组织减少,大颗粒状TiC显著增多。经1350℃烧结后,合成产物中Ti3AlC2含量相对较高,其密度和抗压强度达4.03g/cm3和111.29MPa。     

Formation and growth mechanism of TiC crystal in TiC_p/Ti composites

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＰａｒｔｉｃｌｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ(ＴＭＣｐ)ｈａｖｅｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｓｆｏｒｔｈｅｉｒａｔｔｒａｃｔｉｖｅｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇ     

Uniform distribution of TiCp in TiCp/Zn-Al composites prepared by XD^TM

The prefabricated Al/TiC alloy with high TiC particle content was prepared by XD^TM process,The uniform distribution process of TiC particles in the stationary zinc melt was studied and analyzed using self-made experimental equipment,and the model of the uniform distribution process was built.The results show that zinc diffuses into the prepared Al/TiC alloy after it is placed in the zinc melt at temperatures below the melting point of aluminum,which leads to the decrease of the liquidus temperature of Al-Zn alloy in the surface layer of Al/TiC alloy.When the liquidus temperature of Al-Zn alloy is equal to or below the temperature of zinc melt,Al-Zn alloy melts and TiC particles drop with it from the Al/TiC alloy and then transfer into the zinc melt and finally distribute uniformly in it.     

TiC／Ti复合材料动态拉伸的裂纹形成及扩展机制

采用熔铸法制备的原位自生TiC／Ti复合材料，在SEM中静载动态拉伸，原位观察和研究了裂纹的萌生及扩展机制。结果表明，TiC颗粒表面及应力集中处最容易萌生微裂纹；在不同位置萌生的微裂纹中，处于有利位向的微裂纹不断扩展，并与周围的裂纹连接形成主裂纹；主裂纹扩展主要是通过自身扩展与周围的裂纹连接相结合的方式进行，当裂纹扩展受阻时，裂纹前方颗粒处形成新的裂纹或基体中形成塑性坑，并通过扩展相互连接；裂纹扩展到一定程度后，试样全面失稳而迅速断裂。根据试验观察与分析建立了裂纹萌生与扩展模型。