TiC+TiB增强高温钛合金基复合材料的组织和性能研究

论文摘要

本文采用熔铸法原位自生技术,制备了以Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si为基体,TiC+TiB为增强相的钛基复合材料以及基体钛合金。三种钛基复合材料增强体含量,分别为9vol%TiC+1vol%TiB、7vol%TiC+3vol%TiB、5vol%TiC +5vol%TiB。并对几种材料采取了不同工艺下的热处理,同时对铸态和热处理态的材料进行了组织分析和性能测试。结果表明:两增强相大多沿晶界分布,TiC多为颗粒状或者等轴状,TiB为针状或纤维状。两增强相趋向相互依附生长,二者的同时加入对彼此的生长起到了一定的抑制作用,最终得到的钛基复合材料中,增强相的尺寸较为细小。TiC和TiB的引入对基体也起到了一定的细化作用。经热处理后,TiB的形貌几乎不发生变化,在高温下较为稳定;TiC的形态则发生了明显改变,同时这种变化在增强体含量不同的复合材料中呈现了相似的规律,即条状TiC熔断粒化,颗粒TiC逐渐溶解,然而依附在TiB周围的TiC颗粒这种变化趋势要小的多,在整个热处理过程中TiB对TiC的溶解起到了一定的抑制作用。钛基复合材料在铸态时的抗压强度相比于基体钛合金有了明显提高,提高幅度最大的是增强体含量为5vol%TiC+5vol%TiB的复合材料,达到了1699.26MPa,但是塑性也发生了大幅度的下降。经热处理后,这种现象得到了很好的改善,塑性提高的同时,钛基复合材料的强度相比于铸态也有了一定提高。对压缩后的断口进行了组织分析,发现增强体与基体之间界面结合良好。热处理后钛基复合材料性能提高主要因为经热处理后增强相分布更加均匀弥散,TiC得到了细化,增强相变得光滑圆润,在其棱角处容易产生应力集中的现象得以改善,另外TiC的固溶,也使得复合材料的抗压强度和压缩率同时提高。最终分析测试数据表明增强体含量为9vol%TiC+1vol%TiB的钛基复合材料,经1050℃下保温4h后性能最优,其抗压强度由铸态的1602.34MPa提高到了1969.67MPa,压缩率由15.19%提高到20.76%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 制备工艺
• 1.2.2 基体的选择
• 1.2.3 增强相的选择
• 1.2.4 增强相与基体的界面结合
• 1.2.5 非连续增强钛基复合材料的性能
• 1.3 混杂增强钛基复合材料组织与性能
• 1.3.1 混杂增强钛基复合材料的组织
• 1.3.2 TiC+TiB 增强钛基复合材料的力学性能
• 1.4 热处理对钛基复合材料的影响
• 1.4.1 热处理对于钛基复合材料组织的影响
• 1.4.2 热处理对于钛基复合材料性能的影响
• 1.5 钛基复合材料的应用
• 1.6 存在的不足
• 1.7 本课题主要研究内容
• 第2章 材料的制备及试验方法
• 2.1 课题设计思路
• 2.2 实验材料的制备
• 2.2.1 实验所需原材料
• 2.2.2 实验材料的成分
• 2.2.3 实验材料的熔炼
• 2.2.4 实验试样的制备
• 2.3 复合材料的热处理
• 2.4 组织分析与性能测试
• 第3章 TiC+TiB 增强钛基复合材料的铸态组织及力学性能
• 3.1 TiC 及TiB 的生成机制
• 3.1.1 体系热力学分析
• 3.1.2 TiC 的析出过程
• 3.1.3 TiB 的析出过程
• 3.2 复合材料的微观组织及相分析
• 3.2.1 铸态下复合材料的XRD 分析
• 3.2.2 增强体的EDS 分析
• 3.2.3 TiC+TiB 增强钛基复合材料的铸态组织
• 3.3 铸态下复合材料的性能及断口分析
• 3.3.1 铸态下复合材料的室温性能
• 3.3.2 铸态复合材料压缩断口分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 TiC+TiB 增强钛基复合材料热处理后的组织与性能
• 4.1 热处理温度的选择
• 4.2 热处理对TiC+TiB 增强钛基复合材料组织的影响
• 4.2.1 热处理后9vol% TiC+1vol% TiB 钛基复合材料组织的变化
• 4.2.2 热处理后7vol% TiC+3vol% TiB 钛基复合材料组织的变化
• 4.2.3 热处理后5vol% TiC+5vol% TiB 钛基复合材料组织的变化
• 4.3 热处理对于钛基复合材料性能的影响
• 4.3.1 热处理对钛基复合材料屈服强度的影响
• 4.3.2 热处理对钛基复合材料抗压强度和压缩率的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢