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网状结构TiBw/Ti60复合材料制备及热处理研究

张盟  
【摘要】:本文利用小颗粒TiB2粉末和大颗粒的Ti60粉末为原料,采用反应热压法制备TiB晶须增强Ti60基复合材料,调整球磨参数和烧结工艺参数,最终使TiBw呈非均匀网状分布。采用热力学计算证实了反应体系的可行性,并对制备的钛基复合材料显微组织进行XRD、SEM分析,测试了钛基复合材料的室温拉伸和高温拉伸性能。最后对烧结态复合材料进行热处理,研究热处理对复合材料微观组织和性能的影响。 制备了TiBw体积分数分别为5%、8%和12%的钛基复合材料,通过对1200℃烧结态复合材料进行XRD分析,发现TiB2已反应完全,但致密度较差。当选择最优的烧结温度为1300℃时,微观结构分析发现:复合材料组织致密,基体组织为等轴状或近等轴状α相。TiB横截面为非等边六边形的棒状晶须,其像哨子一样长进Ti60颗粒内部,起到一定的连接作用,随着TiBw体积分数的提高,TiBw的尺寸也发生变化,当升高到12vol.%,TiBw已变得极其细小,并有未反应的TiB2“砂灰层”出现,极大的影响了复合材料力学性能的发挥。 对烧结态钛基复合材料进行固溶+时效热处理,选择固溶温度为1020℃,固溶时间为30min,时效温度分别为450℃、550℃和650℃,时效时间分别为2.5h、6h和8h。结果表明:固溶促使发现原来的β相衬度发生了变化,这是因为在固溶的过程中β相发生了变化,变成马氏体或转变β相,并且一部分初生α相也变为转变β相,因此β相变宽。随着时效温度的提升或时效时间的延长,马氏体分解的趋势越来越明显。随着时效温度的提高,复合材料的塑性升高,强度先升高后降低。这是因为在550℃时效时,获得细小弥散的α+β相混合组织。而时效温度较低时,还残留一部分马氏体,仍然保持较高的硬度及脆性;提高时效温度,适中的塑性使其强度得以充分发挥出来;时效温度较高时,马氏体则转变成了粗大的α+β相混合组织,从而降低了复合材料中基体的强度,增加了塑性,因此强度反而降低,塑性增加。


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