TiC/Ti6Al4V复合材料中TiC的形态演变与控制机理

论文摘要

本文采用熔铸法制备了自生TiC颗粒增强Ti6A14V基复合材料,利用手扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪等分析测试手段,研究了复合材料中C含量变化时TiC的形态变化规律,以及微量元素B和元素Zr对TiC形态演变的影响规律和机制,同时考察了复合材料的硬度。研究结果表明,TiC/Ti6A14V复合材料铸态组织中的TiC形态较复杂,当C含量为0.15wt.%时,TiC为颗粒状或细小羽毛状,C含量高于0.2 wt.%时,TiC的形貌由羽毛状或麦穗状规则排列而成链条状,当增至共晶点附近时TiC基本为短棒状,C含量进一步增加时开始形成枝晶状TiC,且随着C含量的增加,枝晶状TiC的数量增多,形态也逐步变的更发达。同时TiC/Ti6A14V复合材料的硬度随着C含量的增加逐渐增加。当TiC/Ti6A14V复合材料中的含C量为2wt.%时,微量B的加入可细化TiC。当B的加入量从0.01州.%增加到0.04wt.%时,TiC枝晶逐渐细化,甚至出现链条状和颗粒状;并且在此含量范围内,TiC/Ti6A14V复合材料的硬度随着B添加量的增加呈增加趋势。当B加入量为0.1wt.%时,开始有纤维状TiB生成,随着B含量的继续增加,TiB的数量逐渐增多,尺寸变大,而枝晶状TiC的形态和分布没有明显变化。在含2wt.%C的TiC/Ti6A14V复合材料中加入元素Zr时发现,当Zr含量为1wt.%-4wt.%时,初生TiC呈枝晶状,并在初生TiC的周围有花瓣状、片状或须状含Zr的TiC析出,并且在此含量范围内随着zr添加量的增加,初生TiC枝晶变得细小,花瓣状、片状或须状TiC增多。当含Zr量继续增加时,初生TiC所受影响减弱,呈粗大树枝状。在整个添加范围内,复合材料的硬度随含Zr量的增加逐渐增加。文中还对TiC/Ti6A14V复合材料中TiC形态随C、B或Zr量的不同而变化的机理进行了较深入的研究,研究结果可为控制钛合金基复合材料中TiC的形核与生长,提高TiC增强钛合金基复合材料的性能和稳定性提供借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钛合金基复合材料研究现状
• 1.1.1 连续纤维增强钛基复合材料（FTMCs）
• 1.1.2 颗粒增强钛基复合材料（PTMCs）
• 1.2 PTMCs的制备技术
• 1.2.1 粉末冶金法
• 1.2.2 机械合金化
• 1.2.3 熔铸法
• 1.2.4 自蔓延高温合成法
• 1.2.5 放热扩散法
• 1.2.6 PTMCs的其它制备技术
• 1.3 PTMCS的微观组织
• 1.3.1 碳化物颗粒增强复合材料的组织
• 1.3.2 硼化物颗粒增强复合材料的组织
• 1.4 PTMCs的力学性能
• 1.4.1 拉伸性能
• 1.4.2 压缩性能
• 1.4.3 蠕变性能
• 1.4.4 高温氧化特性
• 1.5 钛基复合材料展望
• 1.6 选题意义及研究内容
• 第2章 实验用材料和方法
• 2.1 实验用材料
• 2.2 TiC/Ti6Al4V复合材料的制备
• 2.2.1 TiC/Al预制块的制备
• 2.2.2 钛基复合材料的制备
• 2.3 相组成及微观组织分析
• 2.3.1 XRD分析
• 2.3.2 微观组织分析
• 2.4 硬度测试
• 第3章 C含量变化对TiC形态的影响
• 3.1 Ti-C二元相图分析
• 3.2 TiC的特点
• 3.3 添加微量C时复合材料的相组成和TiC形态
• 3.3.1 相组成分析
• 3.3.2 TiC的形态
• 3.4 C含量在亚共晶区时复合材料的相组成和TiC形态演变
• 3.4.1 相组成分析
• 3.4.2 TiC的形态演变
• 3.4.3 羽毛状TiC的形成机制
• 3.4.4 棒状TiC的形成机制
• 3.5 C含量在过共晶区时复合材料的相组成和TiC形态演变
• 3.5.1 相组成分析
• 3.5.2 TiC的形态演变
• 3.5.3 枝晶状TiC的形成机制
• 3.6 C含量对TiC/Ti6Al4V复合材料硬度的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 B添加对TiC形态的影响
• 4.1 Ti-B相图分析
• 4.2 微量B添加对复合材料中TiC形态的影响
• 4.2.1 相组成分析
• 4.2.2 TiC/Ti6Al4V复合材料中TiC的形态
• 4.2.3 微量B添加对TiC形态变化的影响机制
• 4.3 微量B对TiC/Ti6Al4V复合材料硬度的影响
• 4.4 过量B添加对TiC形态的影响
• 4.4.1 相组成分析
• 4.4.2 增强相形貌
• 4.4.3 TiC和TiB增强相的形成机制
• 4.5 本章小结
• 第5章 Zr添加对TiC形态的影响
• 5.1 Ti-Zr相图分析
• 5.2 相组成分析
• 5.3 TiC的形态演变
• 5.4 Zr添加对TiC形态变化的影响机理
• 5.5 Zr添加对TiC/Ti6Al4V复合材料硬度的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢