熔鑄法制備TiC-Ti-6Al-4V復(fù)合材料組織與力學(xué)性能研究.pdf_第1頁(yè)
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1、本文采用熔鑄法制備了 TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料,TiC體積含量分別為5%、10%和15%。分析研究了復(fù)合材料中TiC的形態(tài)形成及生長(zhǎng)機(jī)理,探討了 TiC形態(tài)的控制和改善手段,分析了熱處理對(duì)復(fù)合材料組織和性能的影響,并對(duì)感應(yīng)凝殼熔煉制備的TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料的組織及室溫和高溫拉伸性能進(jìn)行了分析,討論了熔鑄法制備TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料的強(qiáng)化和斷裂機(jī)理。
  熱力學(xué)和XRD分析表明,TiC相在熔鑄法制

2、備 TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料中可以穩(wěn)定存在,當(dāng)TiC含量較少時(shí),復(fù)合材料中凝固析出的TiC主要為共晶 TiC,隨 TiC含量的增加,復(fù)合材料中共晶 TiC含量減少,初生枝晶狀 TiC所占比例明顯增加。對(duì) TiC的成分分析表明,熔鑄法制備 TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料中TiC內(nèi)C/Ti原子比接近0.5,處于明顯的C缺乏狀態(tài),導(dǎo)致凝固析出的TiC密度比原始TiC粉末有所減小。
  對(duì)熔鑄法制備TiC/Ti-6Al-4V

3、復(fù)合材料中的TiC生長(zhǎng)形態(tài)研究表明,TiC凝固時(shí)其固液界面為過(guò)渡性界面,因此 TiC既有小平面生長(zhǎng)形態(tài)又有非小平面生長(zhǎng)形態(tài)。由于熔體中存在較大尺度的TiC團(tuán)簇,凝固時(shí) TiC團(tuán)簇向固液界面沉積促進(jìn)了TiC的二維晶核側(cè)向擴(kuò)展長(zhǎng)大,使有些TiC枝晶存在明顯層狀生長(zhǎng)形貌。
  通過(guò)對(duì)TiC粉、石墨粉和炭黑粉三種不同尺寸和形態(tài)的C源對(duì)TiC形態(tài)影響的研究表明,以細(xì)小的炭黑粉為原料時(shí),熔鑄制備過(guò)程中熔體內(nèi)形成的TiC團(tuán)簇尺寸較小且較分散,析

4、出的TiC尺寸相對(duì)較小,初生 TiC不易在復(fù)合材料中形成發(fā)達(dá)的枝晶狀形態(tài)。
  對(duì)熔鑄法制備TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料的熱處理研究表明,高溫?zé)崽幚砜墒构簿Ш统跎鶷iC都有一定程度的?;?,熱處理后TiC內(nèi)C含量有所增加,且TiC的層狀生長(zhǎng)形貌明顯減弱。研究發(fā)現(xiàn)在β-Ti+TiC相區(qū)熱處理,由于C擴(kuò)散系數(shù)較高,TiC?;Ч^好。在不同溫度熱處理后 TiC內(nèi)部都存在 Ti析出相,析出相呈長(zhǎng)片狀形貌且內(nèi)部存在層狀結(jié)構(gòu),Ti析出相

5、與TiC相在某些界面存在如下取向關(guān)系:[112___0]Ti//[011]TiC,(0001)Ti//(111)TiC。
  對(duì)TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料硬度測(cè)試表明,熱處理后TiC相硬度有所降低,同時(shí) TiC顆粒脆性也有所降低,不易產(chǎn)生裂紋。壓縮實(shí)驗(yàn)表明,由于熱處理后 TiC的?;?,以及熱處理對(duì)TiC層狀形貌的弱化作用和Ti析出對(duì)TiC的增韌作用,使熱處理后復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度和壓縮率相比鑄態(tài)時(shí)都有所增加。
  采用

6、感應(yīng)熔煉制備了TiC尺寸較細(xì)小的TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料,對(duì)其室溫和高溫拉伸研究表明,由于TiC顆粒的引入,不同TiC含量的TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度相比基體合金有了明顯提高,但延伸率有所下降。高溫時(shí)由于TiC顆粒具有更大的載荷傳遞效應(yīng),因此復(fù)合材料強(qiáng)度提高幅度較大,500℃時(shí)TiC體積含量為5%、10%和15%的復(fù)合材料相比基體合金,抗拉強(qiáng)度分別提高了20.4%、27.0%和33.9%,而且高溫下 TiC含

7、量越高復(fù)合材料強(qiáng)度也越高。對(duì)感應(yīng)熔煉 TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料1050℃/8h空冷熱處理后,復(fù)合材料強(qiáng)度略有增加,而延伸率相比鑄態(tài)時(shí)有顯著提高,TiC體積含量5%、10%和15%的復(fù)合材料其延伸率提高幅度分別為16.3%、19.7%和38.9%。
  對(duì)感應(yīng)熔煉 TiC/Ti-6Al-4V復(fù)合材料的拉伸斷裂研究表明,復(fù)合材料的室溫拉伸斷口為準(zhǔn)解理斷口,由顆粒的脆性解理斷面與基體的韌窩或撕裂棱組成。拉伸加載時(shí)復(fù)合材料中裂紋

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