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(TiC+TiB)增强高温钛基复合材料的组织性能研究

吴芳  
【摘要】:本文采用原位熔铸法制备了不同体积分数的(0.5%、1%、2.5%、5%、7.5%、10%)TiC和TiB混合增强高温钛基复合材料。通过优化体积分数,采用水冷铜坩埚真空感应凝壳熔炼炉(ISM)制备了2.5vol.%复合材料铸锭,并对其进行锻造和锻后热处理。分析了不同状态下复合材料的相组成、基体及增强体的组织形态。系统的研究了不同状态下复合材料室温压缩、室温抗弯、室温及高温拉伸性能,讨论了复合材料的断裂和强化机制。 采用非自耗电极电弧熔炼炉,通过B4C、C与高温钛合金Ti-6Al-3Sn-4Zr- 0.7Mo-0.3Si-0.3Y原位反应制备了不同体积分数的复合材料。制得的复合材料中基体为具有网篮特征的片层组织,TiC呈等轴状或枝晶状,TiB呈针状或棒状。室温压缩性能显示随着增强体含量的增加,压缩强度增加而塑性降低。抗弯强度及塑性均随增强体含量的增加而降低。研究显示2.5vol.%的复合材料具有较好的综合性能。 通过ISM制备了2.5vol.%复合材料铸锭。复合材料中增强体较为均匀的分布在基体上,基体为片状组织,TiC呈等轴状,TiB呈棒状和片状。铸锭由外向内,复合材料中基体的层片间距变宽,增强体尺寸变大。研究了复合材料的室温和高温拉伸性能,结果表明增强体的加入,复合材料室温强度较传统高温钛合金有所提高,达到1034MPa,延伸率为0.48%。高温拉伸时复合材料保持较高的强度和塑性。复合材料的强化机制是TiC的热错配强化、TiB的载荷传递强化和细晶强化。 对2.5vol.%复合材料铸锭进行锻造。研究发现在垂直于锻造方向上,TiB呈定向排列,基体被拉长,组织得到了细化,沿锻造方向组织粗大。研究了锻造后复合材料的室温和高温拉伸性能,结果显示复合材料的室温强度较铸态提高了约150MPa,延伸率提高到4.95%。 对锻态复合材料热处理研究表明,α相区固溶低温时效后基体为等轴组织,α+β相区固溶低温时效后基体为双态组织,β相区固溶低温时效后基体为网篮组织。热处理没有改变TiC和TiB的形态。高温拉伸研究表明,双态组织塑性最好,等轴组织强度最高。


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