2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、為了滿足我國航天、航空事業(yè)對于發(fā)動機輕質高強合金板材的迫切需求,TiAl板材的研制具有十分重要的理論和實際意義。本文利用Ti板材和SiC顆粒增強Al基復合材料板材為原材料,采用疊軋-反應退火合成工藝制備得到TiAl基復合材料板材。在制備板材過程中,利用SiC顆粒與Ti及Al高溫下的化學反應,原位合成增強相,最終成功制備出同時具有微層(Ti3AlC+Ti8C5)與彌散顆粒Ti5Si3兩種形態(tài)增強體混雜增強的TiAl基復合材料板材。優(yōu)勢在于

2、:一是利用疊軋-反應合成工藝制備TiAl基板材,成功避免了對于脆性TiAl材料進行直接軋制變形,降低了TiAl板材的制備難度;二是利用SiC顆粒與基體元素的高反應活性,制備出多種形態(tài)增強體混雜增強的TiAl基復合材料板材,為TiAl基復合材料板材的制備提供了一種新路徑。
  本文系統(tǒng)地研究了疊軋-反應退火合成TiAl基復合材料板材的制備工藝,著重分析了疊軋變形過程和反應退火合成兩階段(低溫反應退火+高溫反應退火)過程中的物相組成,

3、組織演化規(guī)律及反應產(chǎn)物的性能特點,并對具有(Ti3AlC+Ti8C5)微層及彌散Ti5Si3顆?;祀s增強的TiAl基復合材料板材進行了片層化熱處理,最終制備出具有細小全片層組織結構的TiAl基復合材料板材。對其進行了室溫和高溫力學性能測試,分析了增強體對TiAl基復合材料板材力學性能的影響。
  本文采用純Ti板與SiCp/Al板為原料通過疊軋制備得到Ti-(SiCp/Al)多層復合板。Ti-(SiCp/Al)多層復合板的軋制試驗

4、表明,在高溫軋制過程中,SiCp/Al復合材料板與純Ti板具有良好的變形協(xié)調性。對軋制變形量為40%的Ti-(SiCp/Al)多層復合板進行微觀組織觀察,發(fā)現(xiàn)在Ti層與SiCp/Al層之間存在納米級的TiAl3界面反應層。力學性能測試表明該種具有納米TiAl3界面反應層的Ti-(SiCp/Al)多層復合板有著優(yōu)良的綜合力學性能。
  利用制備出的Ti-(SiCp/Al)多層復合板材反應退火合成TiAl基復合材料板材。本文通過DTA

5、試驗分析將反應退火合成工藝分為低溫反應退火與高溫反應退火兩個階段。在低溫反應退火過程中,發(fā)現(xiàn)當溫度為650℃時,在Ti-(SiCp/Al)界面處有TiAl3反應層生成。通過EDS/TEM分析發(fā)現(xiàn),在TiAl3晶粒中固溶了微量的Si元素。并利用納米壓痕與原子力顯微技術表征了Si固溶對于TiAl3相力學性能的影響。同時通過第一性原理計算從理論上分析了Si固溶對TiAl3模量及電子結構產(chǎn)生的影響。650℃反應退火過程中,隨著TiAl3層的增長

6、,TiAl3層與SiCp/Al層之間的應力不斷增大,最終導致多層復合板材發(fā)生層間開裂。表明在此溫度下無法順利將Al基復合材料中的Al全部轉化為TiAl3相。當?shù)蜏胤磻嘶饻囟葹?00℃時,由于液相Al的參與導致Ti-Al間的反應劇烈,使得TiAl3反應層的增長速率明顯加快。經(jīng)過700℃/10h低溫反應退火后,可將Al基本轉化為TiAl3相。通過EDS及XRD分析發(fā)現(xiàn)低溫反應退火后只有微量Al殘余,這些Al可以有效地將松散的TiAl3相連

7、接在一起,避免低溫反應退火后板材發(fā)生層間開裂,有利于進一步高溫退火反應的順利進行。在此過程中,液相Al與SiC顆粒間發(fā)生微弱反應,生成少量的Al4C3相。
  對經(jīng)過700℃/10h低溫反應退火后的復合材料板材進行高溫反應退火,溫度選定為1200℃。在高溫反應退火過程中,低溫反應退火后殘余的純Ti層全部轉化為Ti3Al金屬間化合物相。同時在Ti3Al層與TiAl3層中間有連續(xù)TiAl反應層及非連續(xù)TiAl2層生成。通過物相鑒定發(fā)現(xiàn)

8、,增強體SiC顆粒及在低溫反應退火階段生成的Al4C3相全部消失,原位合成Ti3AlC,Ti8C5及Ti5Si3增強體。通過組織觀察發(fā)現(xiàn),Ti3AlC與Ti8C5被推擠到原始SiCp/Al的中心線區(qū)域形成微層結構,而Ti5Si3顆粒分布在TiAl及TiAl2反應層中。通過EDS/TEM分析發(fā)現(xiàn)Ti5Si3相中有微量Al元素固溶,并通過第一性原理分析了Al固溶導致的Ti5Si3形成能,模量及電子結構的變化情況。隨著高溫反應退火的進行,Ti

9、Al3層及Ti3Al層不斷被消耗,TiAl2層先增厚后減薄,最終形成具有TiAl,Ti3Al層狀分布結構的TiAl基復合材料板材。
  通過片層化熱處理,使得TiAl基復合材料板材基體組織轉化為全片層結構。由于Ti5Si3顆粒的分布特點,導致形成的全片層結構團簇尺寸細小。通過納米壓痕試驗發(fā)現(xiàn),微層(Ti3AlC+Ti8C5)及顆粒Ti5Si3的引入使得TiAl板材的硬度及模量進一步提高。同時微層(Ti3AlC+Ti8C5)使得Ti

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