層狀TiB2-TiAl復(fù)合材料板材制備與組織性能研究.pdf

1、TiAl基合金被公認(rèn)為是當(dāng)今時(shí)代最具有發(fā)展前景的新材料之一,但是其室溫本質(zhì)脆性嚴(yán)重影響了鈦鋁合金的應(yīng)用及加工成型。直接軋制脆性的TiAl基合金板材十分困難,因而本文以低體積分?jǐn)?shù)TiB2/Al基復(fù)合材料板和純Ti板為原料,通過(guò)軋制及高溫反應(yīng)退火制備了層狀TiB2-TiAl復(fù)合材料板材,并采用真空熱壓燒結(jié)致密化處理顯著提高了其致密度。利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)和X射線衍射儀(XRD)等手段對(duì)反應(yīng)退火過(guò)程中的相轉(zhuǎn)變規(guī)律進(jìn)行了研

2、究,探索并優(yōu)化了板材的制備工藝,研究了低體積分?jǐn)?shù)TiB2對(duì)材料的影響,并對(duì)材料的室溫和高溫力學(xué)性能進(jìn)行了表征與評(píng)價(jià)。
　　對(duì)所要加入的TiB2增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行了估算,從而實(shí)現(xiàn)TiB2層在材料中的“珍珠串狀”分布。將多層純Ti板和TiB2/Al板進(jìn)行包套熱軋制得到界面結(jié)合牢固的Ti-(TiB2/Al)復(fù)合板。對(duì)多層Ti-(TiB2/Al)復(fù)合板直接進(jìn)行高溫反應(yīng)退火,并且采用了包套處理防止鋁的流失。探索多種高溫反應(yīng)退火溫度和保溫時(shí)間

3、,確定了最佳反應(yīng)退火工藝為1300?C/30min。致密化處理采用1300?C/2h/40MPa真空熱壓燒結(jié),孔洞基本消除。對(duì)板材進(jìn)行了10h均勻化處理,材料中只剩下Ti3Al和TiAl相。通過(guò)1400?C/15min片層化熱處理,生成了由少量的γ-TiAl連接著大量的TiB2顆粒的TiB2-rich層和全片層的γ-TiAl相,并且TiB2顆粒呈串狀分布。
　　斷裂韌性測(cè)試結(jié)果表明,斷裂韌性依賴于加載方向,材料在平行和垂直于軋制方

4、向上的斷裂韌性為9.08±0.24MPa·m1/2和11.12±0.54MPa·m1/2,TiB2-rich層對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻礙作用令裂紋偏轉(zhuǎn)使其在偏轉(zhuǎn)中消耗的能量增加是垂直于軋制方向斷裂韌性高于平行于軋制方向的原因。對(duì)其進(jìn)行了室溫拉伸試驗(yàn),其彈性模量170.38GPa,斷裂方式為脆性斷裂。在750?C時(shí),材料的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了320MPa,延伸率達(dá)到了4.81％。在900?C時(shí),材料的延伸率達(dá)到了近7%。高溫拉伸的斷裂方式主要以穿片層斷裂