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原位自生钛基复合材料(TiB+TiC)/Ti-8Al-1Mo-1V的置氢热加工性能

刘钊  
【摘要】: 钛基复合材料具有高比强度,高比模量和良好的耐高温性能,是航空航天飞行器的理想的结构材料。然而,国内钛基复合材料的性能和应用水平与国外有较大的差距,究其原因,主要由于钛基复合材料加工水平的限制,因此,提高钛基复合材料加工制造水平是航空航天技术发展的必然要求。 热氢处理为全面改善钛基复合材料的加工特性提供了一条有效的途径。钛合金及钛基复合材料置入适量的氢,可以显著地改善材料的热加工性能。因此,研究钛基复合材料中增强体与临时合金化元素氢的交互作用规律及其对复合材料加工、微结构和机械性能的影响,对于促进钛基复合材料在航空等国防军工领域的应用具有十分重要的学术意义。 本论文中首先利用原位自生方法制备出具有不同增强体含量的(TiB+TiC)/Ti-8Al-1Mo-1V复合材料。并运用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜分析原位自生钛基复合材料的物相组成、微观组织、增强体的形态与分布。通过静拉伸考察增强体对基体合金室温机械性能的影响,并对其室温失效原因进行了分析;然后对复合材料及其基体合金在750℃下进行高温充氢,并得到三种不同氢含量的试样。充氢后,同样运用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜分析充氢试样的物相组成和微观组织,通过高温拉伸考察不同氢含量对复合材料及其基体合金高温变形行为的影响,并对高温失效形式进行了分析。获得如下结论: 1.利用Ti与C、B4C之间的化学反应,经普通的自耗电弧熔炼工艺可以制备具有高模量性能的(TiB+TiC)/Ti-8Al-1Mo-1V复合材料。弹性模量与基体合金比较分别提高17.6%和38.4%,最高弹性模量超过160GPa。 2.高温拉伸实验表明:复合材料及其基体随氢浓度的增加,流变应力先减少后增加;基体合金延伸率先增加后减少并在880℃,氢浓度0.2%时出现最大值650%。复合材料延伸率则随氢含量的增加而增加。 3.复合材料及其基体合金在750℃下充氢后,当氢浓度较低时,材料中发生α+β→β的相转变,α相组织减少,β相组织增加。当氢浓度较高时,材料中发生共析反应β→α+TiH2 ,生成了氢化物,氢化物一方面使复合材料及基体合金的组织得到了细化,另一方面作为固溶强化元素又使材料的高温流变强度提高。 4.控制合适的氢含量有利于改善复合材料的热加工变形行为,即降低变形温度和变形抗力,提高变形量。


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