合金元素对颗粒增强Ti基复合材料组织及性能的影响

论文摘要

本文研究并分析了Ti-1.6Fe-2.15Mo-（1.6Al-Nd）+4.5%Cr3C2颗粒增强钛基复合材料的粉体和压坯制备及其烧结的工艺参数,制定其制备工艺为：粉体平均粒度控制在30μm左右250MPa 2min模压或250MPa 2min模压+300MPa 2min冷等静压制备压坯,1350℃真空烧结3小时。用该工艺分别制备了不同Cr3C2和Fe含量的烧结试样,讨论分析了其性能测试和微观组织的试验结果,得到以下结论：1.对Ti-1.6Fe-2.15Mo-（1.6Al-Nd）-4.5 Cr3C2烧结试样进行XRD, SEM和能谱分析表明,Cr3C2加入到Ti-Fe-Mo-（Nd-Al）基体中,会发生Cr3C2与Ti的反应,原位生成TiC和Ti-Cr固溶体。2.对于Ti-1.6Fe-2.15Mo-（1.6Al-Nd）-X Cr3C2 （X=0,4.5,8,13）合金,研究表明随着Cr3C2含量增加,其相对密度是呈先增大而后减小的趋势,含4.5 wt% Cr3C2时的相对密度最高,达到98.26%,其孔隙细小、分散和圆整。3.对于Ti-1.6Fe-2.15Mo-（1.6Al-Nd）-X Cr3C2 （X=0,4.5,8,13）合金,随着Cr3C2含量的增加,硬度呈不断上升的趋势,由0 wt% Cr3C2的56.7HRC增加到13 wt% Cr3C2的58.2HRC；其抗弯强度则呈先上升而后下降的趋势,最大值出现在4.5wt% Cr3C2时,达到了1913MPa。4.对于Ti-1.6Fe-2.15Mo-（l.6A1-Nd）,随着Cr3C2含量由0 wt%,4.5 wt%,8 wt%增加到13 wt%,金相分析和SEM形貌显示其相应的组织顺序：a+β双相的魏氏体→α+β双相上弥散分布着TiC硬质颗粒的网篮组织→α+β双相上弥散分布着较多且弥散分布TiC硬质颗粒,B与初生a互不相连的双态组织→单相β上均匀弥散分布着粗大的TiC颗粒。SEM断口形貌表明：4.5 wt%的断裂方式为准解理断裂和解理断裂,存在舌状花样和韧窝；8 wt%和13 wt%的断裂方式为延性断裂,后者的韧窝比前者大而深。5.对于Ti-XFe-2.15Mo-（1.6Al-Nd）+4.5Cr3C2 （X=1.6,2.2,2.8,3.4）,其相对密度随Fe含量增加而上升,含3.4 wt%Fe时达最大值99.58%；硬度值则随Fe含量增加而下降；抗弯强度是随Fe含量的增加呈先增加而后减小的趋势,模压+冷等静压压坯的烧结试样含2.2 wt%Fe的抗弯强度达到最大值3050MPa。6.对于Ti-XFe-2.15Mo-（1-6Al-Nd）+4.5Cr3C2 （X=1.6,2.2,2.8,3.4）,含1.6 wt%Fe、2.2 wt%Fe和2.8 wt%Fe的组织都是在a+β双相组织基体上均匀、弥散的分布着TiC颗粒, SEM形貌表明随Fe含量增加到2.8 wt%Fe时,其晶粒逐渐增大,β晶粒、a团界及a片厚度尺寸也随之增大。含3.4wt%Fe时的基体组织为a+β双相组织,在β基体上分布互不相连的初生a颗粒。SEM断口形貌表明：它们的断裂方式都是准解理断裂和解理断裂,存在河流花样和小韧窝,所不同的是随着Fe含量的增加,其断口的解理面越来越大,越来越宽,越来越平整。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 低成本钛合金在汽车上的应用前景
• 1.1.1 钛合金在汽车上的应用现状
• 1.1.2 低成本钛合金在汽车上的研发和应用现状
• 1.1.3 汽车用低成本钛合金的发展趋势
• 1.2 低成本粉末冶金钛合金
• 1.2.1 粉末冶金钛合金的研发现状
• 1.2.2 粉末冶金钛合金致密化工艺
• 1.2.3 粉末冶金钛合金致密化机制
• 1.3 颗粒增强钛基复合材料
• 1.3.1 颗粒增强钛基复合材料的研制背景
• 1.3.2 颗粒增强钛基复合材料基体的选择与应用
• 1.3.3 颗粒增强钛基复合材料增强相的选择与应用
• 1.3.4 颗粒增强钛基复合材料的制备方法
• 1.4 本文研究的目的及主要内容
• 2. 试验方法及工艺路线
• 2.1 试验原材料及仪器
• 2.1.1 试验所用原料及试剂
• 2.1.2 试验所用的主要设备
• 2.2 试验的工艺路线
• 2.3 试验方法和分析手段
• 2.3.1 密度测试
• 2.3.2 金相的制备
• 2.3.3 扫描电镜及能谱分析
• 2.3.4 X射线衍射分析
• 2.3.5 硬度测试
• 2.3.6 抗弯强度测试
• 3. 制备工艺参数对钛基复合材料性能的影响
• 3C₂钛基复合材料的制备'>3.1 Ti-1.6Fe-2.15Mo-（1.6Al-Nd）+4.5%Cr₃C₂钛基复合材料的制备
• 3.1.1 复合粉体的球磨及平均粒度测试
• 3.1.2 复合粉体的压制成形
• 3.1.3 压制成形结果及分析
• 3.1.4 真空烧结
• 3.2 试验结果及分析
• 3.2.1 烧结温度对T1合金相对密度的影响
• 3.2.2 烧结温度对T1合金力学性能的影响
• 3.2.3 粉体平均粒度对T1合金相对密度的影响
• 3.2.4 T1合金粉体平均粒度对烧结试样硬度值的影响
• 3.2.5 粉体平均粒度对T1合金抗弯强度的影响
• 3.3 小结
• 3C₂含量对钛基复合材料组织及性能的影响'>4. Cr₃C₂含量对钛基复合材料组织及性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 试验流程
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 TiC颗粒的生成分析
• 3C₂含量对T1系合金致密化的影响'>4.3.2 Cr₃C₂含量对T1系合金致密化的影响
• 3C₂含量对T1系合金金相组织的影响'>4.3.3 Cr₃C₂含量对T1系合金金相组织的影响
• 3C₂含量对T1系合金硬度的影响'>4.3.4 Cr₃C₂含量对T1系合金硬度的影响
• 3C₂含量对T1系合金抗弯强度的影响'>4.3.5 Cr₃C₂含量对T1系合金抗弯强度的影响
• 3C₂含量对T1合金断口形貌的影响'>4.3.6 Cr₃C₂含量对T1合金断口形貌的影响
• 4.4 小结
• 5. Fe含量对钛基复合材料组织及性能的影响
• 5.1 前言
• 5.2 试验流程
• 5.3 试验结果及讨论
• 5.3.1 Fe含量对T2合金致密化的影响
• 5.3.2 Fe含量对T2合金金相组织的影响
• 5.3.3 Fe含量对T2合金硬度的影响
• 5.3.4 Fe含量对T2合金抗弯强度的影响
• 5.3.5 Fe含量对T2合金断口形貌的影响
• 5.4 小结
• 6. 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 致谢