TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金梯度纳米结构复合材料组织演化与防弹性能

基于陶瓷/钛合金液态熔合与扩散原理,采用离心反应熔铸工艺成功制备出TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V梯度纳米结构复合材料。经14.5 mm军用制式穿甲弹DOP靶试,TiB2基陶瓷与TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V梯度纳米结构复合材料的平均质量效益分别为3.05和7.30,因此可认为由于陶瓷/钛合金层间生成TiB2、TiB呈空间尺度连续梯度演化的复合结构,该复合材料不仅具有高的层间解离抗力与优异的整体力学性能,而且通过层间载荷传递与多尺度（微米/微纳米/纳米）界面剪切耦合的双重效应,又在靶试中表现出高的抗弹性能。     

TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金梯度纳米复合材料组织演化与力学性能

基于陶瓷/钛合金之间的液态熔合扩散,采用离心反应熔铸工艺制备出Ti B_2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金层状复合材料,并在层间出现Ti B_2、Ti C_(1-x)呈空间尺度连续梯度演化的梯度纳米复合结构。经层间剪切强度、三点弯曲强度与单边切口梁(SENB)断裂韧性测试,该复合材料层间剪切强度、弯曲强度与断裂韧性分别达到335±35 MPa、862±45 MPa与45±15 MPa·m~(0.5)。     

TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金跨尺度连续梯度层状复合材料组织演化与力学性能

基于陶瓷/钛合金之间的液态熔合扩散,采用离心反应熔铸工艺成功制备出TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金层状复合材料,并在层间出现TiB2、TiC1-x呈空间尺度连续梯度演化的梯度纳米复合结构。经层间剪切强度、三点弯曲强度与单边切口梁（SENB）断裂韧性测试,该复合材料层间剪切强度、弯曲强度与断裂韧性分别达到335 ± 35 MPa、862 ± 45MPa与45 ± 15 MPa。     

用粉末冶金法低成本合成钛合金和钛基微粒子复合材料以改善高周疲劳强度

用元素粉末混合法合成 Ti- 110 0 ,Ti- 6 Al- 2 Sn- 4Zr- 2 Mo,Ti- 6 Al- 4V和 Ti- 5 Al- 2 .5 Fe等各种α β型钛合金和 Ti- 6 Al- 2 Sn- 4Zr- 2 Mo/Ti B的微粒子复合材料。一般用元素粉末混合法制的合金和复合材料 ,连结的板条状 α组织形成粗大的柱状组织。改变这种组织成为微细的针状α组织 ,可以改善高周疲劳强度用粉末冶金法低成本合成钛合金和钛基微粒子复合材料以改善高周疲劳强度@黄淑梅     

超重力场反应加工TiB2基凝固陶瓷——Ti-6Al-4V多尺度多层次复合研究

采用超重力场反应加工技术,通过陶瓷-钛合金之间熔化连接与原子互扩散,制备出TiB2基凝固陶瓷—Ti-6Al-4V层状复合材料。XRD、FESEM及EDS分析发现,正是作为陶瓷基体相的TiB2片晶(或板晶)可诱发强烈的自增韧机制,使TiC-TiB2细晶凝固陶瓷具有高的弯曲强度与断裂韧性,并且也正是因在超重力场反应加工引发的热真空环境下钛合金与液态陶瓷发生熔化连接与原子互扩散,进而在凝固后期相继诱发TiB2与Ti液的包晶反应、TiB自钛液的析晶反应及TiB与钛液的共晶反应,最终实现以TiB2、TiB尺寸与分布为特征的陶瓷—钛合金多尺度(微米—亚微米—微纳米)多层次(TiC/TiB2—TiC1-x/TiB/TiB2—TiB2/Ti/TiC1-x/TiB—TiB2/TiC1-x/TiB/Ti—TiB/TiC1-x/Ti—TiC1-x/Ti—Ti)复合。     

单晶颗粒增强WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层微观断裂行为

采用激光熔注技术在Ti-6Al-4V表面制备了单晶颗粒增强的WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层。利用扫描电镜原位拉伸试验,观察复合材料层裂纹形成、扩展的动态过程,研究其微观断裂行为。结果表明,WCp/Ti-6Al-4V复合材料层的失效机制主要有两种：WC颗粒开裂和WCp/Ti界面开裂。WC颗粒开裂是主要失效形式,WCp/Ti界面开裂的比例相对较少,而且主要发生在较高的应变情况下。激光熔注条件下形成的规则胞状反应层有利于应力由基体传向增强颗粒。在拉伸过程中,WC颗粒内部应力由最初的压应力逐渐变为拉应力。WC颗粒内部拉应力的极大值可达2000 MPa,高于单晶WC陶瓷的抗拉强度     

TiB_2基陶瓷/42CrMo合金层状复合材料梯度纳米结构组织演化

选用42Cr Mo合金钢板为金属基底,以Ti-B_4C为反应体系,采用离心反应熔铸工艺成功制备出Ti B_2基陶瓷/42Cr Mo合金钢梯度纳米结构复合材料。结合XRD、FESEM与HRTEM分析,可以认为由于离心反应熔铸工艺诱发热爆反应,促使液态陶瓷与合金钢发生熔合扩散,在两者之间生成成分浓度梯度的中间液相,并在陶瓷凝固与离心力的双重作用下发生陶瓷晶核Stokes迁移粗化与合金液相流动汇集,最终在复合材料层间生成相界尺度呈空间连续梯度演化的梯度纳米复合结构。     

Ti-6Al-4V合金的盐浴硼氧共渗

以Na_2B_4O_7和Si C粉末为原料,在Ti-6Al-4V(TC4)合金表面进行盐浴硼氧共渗试验,研究不同配比共渗剂共渗后的渗层表面组织形貌与物相组成、横截面形貌及渗层厚度、硬度、摩擦磨损性能及界面结合力。结果表明:Na_2B_4O_7-Si C型盐浴可在Ti-6Al-4V合金表面获得含硼钛化合物的共渗层,渗层连续且致密,其物相主要由Ti B、Ti B_(12)、Ti C、Ti O_2和Al_2O_3相组成;其中,90%Na_2B_4O_7+10%Si C共渗剂所得共渗层表面质量较好,渗层较厚(26.5μm),且具有较强的界面结合力(72.47 N);表面硬度(1020 HV0.2)比Ti-6Al-4V合金提高了2.83倍;80%Na_2B_4O_7+20%Si C配方具有最低的摩擦因数(0.36),比Ti-6Al-4V合金(0.45)降低了20%。     

激光熔注法制备WC_p/Ti-6Al-4V梯度复合材料层

以单晶WC陶瓷粉末(WC particles-WCp)作为增强颗粒,采用激光熔注技术在Ti-6Al-4V表面制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层.在对梯度复合材料层宏观特征和形成机制分析的基础上,采用XRD和SEM对复合材料层的微观组织结构进行了分析.结果表明,WC颗粒在复合材料层中分布比较均匀,而且在深度方向上梯度分布.复合材料层中形成了新相TiC和W2C.TjC的数量和尺寸在复合材料层不同区域存在较大差异.在复合材料层上部,Tic的数量较多而且尺寸较大;在复合材料层下部,TiC的数量和尺寸均明显减少.WC/Ti界面反应层由W2C和TiC两层组成,WC颗粒注入位置对反应层尺寸有很大影响,WC颗粒从熔池后部"拖尾"注入可以有效减小反应层尺寸.     

动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb合金层裂微结构特征与断裂机理

利用平板撞击实验和样品软回收技术,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等微观分析手段,研究了动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb 2种不同类型钛合金的层裂微结构特征与断裂机理。结果表明:Ti-6Al-4V合金的抗层裂破坏能力强于Ti-47Nb合金,其原因在于Ti-6Al-4V合金的高强度。Ti-6Al-4V合金层裂微孔洞大多在α/β两相界面处形核并沿相界扩展,而Ti-47Nb合金中的微裂纹是通过微孔洞直接连通形成。随后汇合的大空洞或大裂纹间形成的绝热剪切带(ASB)加速了试样层裂破坏的产生,Ti-6Al-4V与Ti-47Nb合金均表现出了韧性断裂特征。     

超重力场反应加工TiB2基陶瓷与钛合金复合的研究

采用超重力场反应加工技术,通过陶瓷-钛合金之间熔化连接与原子互扩散,成功制备出TiB2基凝固陶瓷-Ti-6Al-4V层状复合材料。经XRD、FESEM及EDS分析发现,正是作为陶瓷基体相的TiB2片晶(或板晶)可诱发强烈的自增韧机制,使TiC-TiB2细晶凝固陶瓷具有高的弯曲强度与断裂韧度,并且是在超重力场反应加工引发的热真空环境下钛合金与液态陶瓷的熔化连接与原子互扩散,进而在凝固后期诱发TiB2与Ti液的包晶反应、TiB自钛液的析晶反应及TiB与钛液的共晶反应,最终实现以TiB尺寸、分布为特征的陶瓷-钛合金多尺度(微米-亚微米-微纳米)多层次(TiC/TiB2-TiC1-x/TiB/TiB2-TiB2/Ti/TiC1-x/TiB-TiB2/TiC1-x/TiB/Ti-TiB/TiC1-x/Ti-TiC1-x/Ti-Ti)复合。     

一种新型近β钛合金Ti684动态力学性能与抗弹性能的研究

以北京理工大学自主研发的新型近β型钛合金Ti684为研究对象,以Ti-6Al-4V为参比,研究了Ti684合金的微观组织、动态力学性能以及其作为装甲材料的抗弹性能。结果表明:经900℃/15 min/WQ处理后的Ti684组织由尺寸为150μm左右的等轴β相大晶粒组成;经应变率为2600s-1的动态压缩测试后,900℃/15 min/WQ处理的Ti684较Tβ以下固溶时效处理的Ti-6Al-4V具有更高的动态强度1870 MPa和断裂失效应变0.20。具有较好动态力学性能的同时,900℃/15 min/WQ处理的Ti684在靶试抗冲击过程中产生了应力诱发马氏体,延缓了绝热剪切带的形成,表现出了比Ti-6Al-4V试样更好的抗弹性能。     

TC4表面丝粉同步激光熔覆制备复合材料层的微观组织和性能

针对Ti-6Al-4V耐磨性差的问题,采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V基材表面通过旁轴添加与基材同质的Ti-6Al-4V丝材,同轴送入WC颗粒作为强化相的方式制备表面WC颗粒增强钛基复合材料层。激光功率、扫描速度、送丝速度等工艺参数是影响复合材料层成形的主要工艺因素,通过实验确定了优化的工艺参数。采用SEM,EDS以及XRD对复合材料层的显微组织进行了研究。研究表明,复合材料层中主要包括WC、W_2C、Ti C、α-Ti、W相。复合材料层中WC颗粒呈现不同形态。Ti C、W_2C相形成并以不同形态分布于表面复合材料层中。WC颗粒与Ti之间的反应区由多层组成,分别为W_2C、W、Ti C。性能分析发现,复合材料层的硬度HV0.2达到了5.70 GPa,较基体提高了1倍。表面复合材料层的摩擦系数为0.3,而钛基体的摩擦系数为0.5。与基体相比,表面复合材料层摩擦系数显著降低。     

合金颗粒对SiC_p/7075Al复合材料组织和性能的影响

采用挤压铸造制备SiC_p与合金颗粒混杂增强的铝基复合材料,合金颗粒选用Ti-6Al-4V和Ni60颗粒,对比分析其微观组织和力学性能的差异。结果表明,相对于SiC_p增强铝基复合材料,Ti-6Al-4V颗粒的加入使复合材料力学性能提高,Ni60颗粒使其降低。这是由于Ti-6Al-4V颗粒能够与基体实现良好的界面结合,使得Ti-6Al-4V颗粒能够较好地承载复合材料中产生的应力。而Ni60颗粒与基体发生强烈的界面反应,形成较厚的金属间化合物过渡层,大幅降低复合材料的负载能力。     

TiC-TiB2陶瓷与Ti6Al4V熔化连接及层状复合材料制备

通过引入Ti-6Al-4V合金板,采用超重力场燃烧合成技术,在制备细晶TiC-TiB2凝固陶瓷的同时,实现了陶瓷-钛合金的熔化扩散焊,进而制备出具有成分梯度特征的陶瓷-钛合金层状复合材料.陶瓷-钛合金层间接头组织表明,正是因超重力场燃烧合成的爆燃特性及超重力场对燃烧产物形成的高温真空环境,使得钛合金表面发生熔化,进而发生液态陶瓷-钛合金液相层间的原子互扩散现象,故在陶瓷-钛合金连接区形成钛合金与富钛碳化物呈相间分布且细小TiB2片晶镶嵌其上的凝固组织,并使陶瓷-钛合金接头呈现成分梯度特征,进而使得陶瓷-钛合金的连接抗剪强度达到450 MPa±35 MPa,层状复合材料硬度从陶瓷至钛合金一侧则呈线性逐渐减小.     

动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb合金层裂微结构演化规律的研究

利用平板撞击实验和样品软回收技术,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等微观分析手段,研究了动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb两种不同类型钛合金的层裂微结构特征与断裂机理。实验表明：Ti-6Al-4V合金的抗层裂破坏能力强于Ti-47Nb合金,其原因在于Ti-6Al-4V合金的高强度。Ti-6Al-4V合金层裂微孔洞大多在α/β两相界面处形核并沿相界扩展,而Ti-47Nb合金中的微裂纹是通过微孔洞直接连通形成。随后汇合的大空洞或大裂纹间形成的绝热剪切带(ASB)加速了试样层裂破坏的产生,Ti-6Al-4V与Ti-47Nb合金均表现出了韧性断裂特征。     

SiCf/Ti-43Al-9V复合材料的界面反应

利用纤维涂层法和真空热压工艺制备SiC纤维增强γ-TiAl金属间化合物(Ti-43Al-9V)复合材料,采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)仪等研究复合材料的界面反应产物和界面反应产物的生长动力学。结果发现,SiCf/Ti-43Al-9V复合材料的界面反应生成了TiC、Ti2AlC和Ti5Si3,分三层分布。从SiC纤维到Ti-43Al-9V基体,界面反应产物序列为:TiC/Ti2AlC/Ti5Si3+Ti2AlC(颗粒)。界面反应产物的生长受扩散控制并遵循抛物线生长规律,其生长激活能Q和指前因子k0分别为190kJ/mol和2.5×10-5m.s-1/2。与其它Ti合金基的复合材料相比,γ-TiAl基复合材料的界面热稳定性更好。     

钛合金在汽车上的应用和展望

综述了近三十年来国外汽车用钛合金的研究开发现状汽车用钛合金包括Ti-5Al-2Cr-1Fe,Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo,Ti-6Al-4V,Ti-3Al-2.5V,Ti-6Al-4V/TiB,Ti-Al-Sn-Zr-Nb-Mo-Si/TiB,Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo4Zr,Ti-6V-2Sn-4Zr-2Mo,Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si,Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si,Ti-3Al-2V-0.2S-0.47Ce-0.27La,Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si/10TiB,Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al/10TiB,Ti-6Al-2Fe-0.1Si等.估计到2001年,全世界汽车用钛合金将达到6000t.     

Ti-6Al-4V合金激光表面合金化制备Ti_5Si_3/Ti耐磨复合材料涂层研究

利用预涂 Si粉对 Ti- 6Al- 4V合金进行激光表面合金化 ,制得以初生及共晶金属间化合物 Ti5Si3为增强相的快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层 ,研究了激光表面合金化 Ti5Si3/β- Ti耐磨复合材料表面改性层的显微组织及其在干滑动磨损及二体磨料磨损条件下的耐磨性能。结果表明 :利用 Si粉对 Ti- 6Al- 4V合金进行激光表面合金化处理后 ,合金层硬度及耐磨性大幅度提高。     

TiB_2/42CrMo梯度纳米层状复合材料力学行为与失效机制

通过离心反应熔铸工艺制备出Ti B_2/42Cr Mo层状复合材料。经力学性能测试,该复合材料弯曲强度、断裂韧性与层间剪切强度分别达到1250±35 MPa、75±12 MPa·m~(1/2)与450±20 MPa。因此可以认为,正是由于该层状复合材料层间原位生成陶瓷/铁基合金梯度纳米结构复合界面,形成陶瓷/合金相界尺度呈空间连续梯度变化的结构演化,不仅使该材料具有类似金属的典型塑性变形特征,而且又使得该层状复合材料在三点弯曲与短梁层间剪切测试过程中均表现出明显的失效延迟行为。