激光誘導(dǎo)自蔓延反應(yīng)合成Ti-Fe系合金.pdf

1、增強(qiáng)鈦合金的力學(xué)性能是目前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題之一。其中鈦基非晶因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征可有效提高鈦合金的強(qiáng)度，但非晶合金的本征脆性，在某種程度上限制了其應(yīng)用范圍。因此，如何解決強(qiáng)度與塑性之間的平衡，成為研究熱點(diǎn)。近期研究表明，Ti-Fe偏共晶合金因均勻彌散分布的先共晶韌性相的存在，使其不僅具有高的強(qiáng)度，而且有利于提高Ti-Fe合金的塑性。因此，這項(xiàng)研究將為制備強(qiáng)韌材料開辟一個(gè)新的途徑。 基于這種技術(shù)背景，本文利用Ti-Fe組

2、元間具有負(fù)混合焓的熱力學(xué)特性，設(shè)計(jì)了激光誘導(dǎo)自蔓延反應(yīng)合成Ti-Fe系合金的工藝思想。利用X-射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)和電子探針(WDX)等現(xiàn)代微觀分析技術(shù)結(jié)合性能檢測手段，較為系統(tǒng)的分析了反應(yīng)合成Ti-Fe合金組織、性能及其隨成分的變化規(guī)律；利用燃燒波前沿淬熄法，探討了自蔓延反應(yīng)合成Ti-Fe合金的組織演變過程；第三組元Co和Ni元素含量對Ti-Fe共晶合金組織、性能的影響規(guī)律。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，激光誘導(dǎo)自蔓延反

3、應(yīng)合成Ti-Fe二元合金體系的化學(xué)成分由亞共晶向過共晶成分轉(zhuǎn)變時(shí)，合成產(chǎn)物依次是由β-Ti固溶體+(β-Ti+TiFe)共晶、(β-Ti+TiFe)共晶、TiFe金屬間化合物+(β-Ti+TiFe)共晶組織所構(gòu)成，但由于受反應(yīng)合成快速加熱快速冷卻特點(diǎn)的影響，以及原始粉末顆粒所吸附氧的存在，致使不同成分合成產(chǎn)物中皆出現(xiàn)了一定比例的以氧穩(wěn)定的Ti2Fe相。隨Fe含量的增加，合成產(chǎn)物的孔隙率呈“V”字形分布，在共晶點(diǎn)處最低；顯微硬度呈逐漸增加

4、趨勢；抗壓性能在共晶成分處最優(yōu)，即Ti70.5Fe29.5合金的抗壓強(qiáng)度和塑性應(yīng)變量分別為1796MPa和10﹪。 激光誘導(dǎo)自蔓延反應(yīng)合成Ti-Fe共晶合金的組織演變過程為：Fe顆粒邊緣的熔化和鋪展、Ti-Fe液態(tài)互擴(kuò)散區(qū)的形成、未熔Fe顆粒邊緣形成共晶組織和在共晶團(tuán)界面處形成了以氧穩(wěn)定的Ti2Fe金屬間化合物四個(gè)階段。 Co元素含量在12﹪以內(nèi)不會改變Ti-Fe共晶合金的基本相組成，即合成產(chǎn)物還是由β-Ti、TiFe及

5、Ti2Fe相組成。隨Co含量的增加，合金體系成分向左偏移，共晶組織含量減少，呈典型的過共晶組織形態(tài)特征。合成產(chǎn)物的致密度隨共晶組織的減少呈逐漸下降的趨勢；顯微硬度先增后減，在Co含量到達(dá)9﹪時(shí)，高硬度的金屬間化合物對合成產(chǎn)物的硬度提高起主導(dǎo)作用；當(dāng)Co含量繼續(xù)增加，合成樣品的致密度最低，影響了產(chǎn)物的宏觀力學(xué)性能。Co元素的添加對提高Ti-Fe共晶合金的強(qiáng)度起到了一定的作用，但塑性顯著降低。 Ni元素的微量添加((＜)12﹪)對T

6、i-Fe共晶合金合成產(chǎn)物的基本相組成沒有產(chǎn)生影響，其室溫平衡組織相組成為：β-Ti相、TiFe相和Ti2Fe相。合成產(chǎn)物中β-Ti的數(shù)量隨Ni含量的增加有所降低，合金體系成分偏離共晶點(diǎn)，呈典型的過共晶組織形態(tài)特征。隨Ni含量的增加，合成產(chǎn)物的致密度隨共晶組織的含量減少逐漸降低；顯微硬度隨金屬間化合物含量的增多而逐漸增加，因合成產(chǎn)物致密度的影響，在Ni含量為12﹪時(shí)，有所下降。Ni元素的添加，使合成樣品的顯微硬度和抗壓性能較Ti70.5F