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TiC+TiB增强高温钛合金基复合材料的组织和性能研究

作　者: 张茂胜
导　师: 魏尊杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 高温钛合金熔铸法 TiC TiB 热处理组织力学性能
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文采用熔铸法原位自生技术,制备了以Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si为基体,TiC+TiB为增强相的钛基复合材料以及基体钛合金。三种钛基复合材料增强体含量,分别为9vol%TiC+1vol%TiB、7vol%TiC+3vol%TiB、5vol%TiC +5vol%TiB。并对几种材料采取了不同工艺下的热处理,同时对铸态和热处理态的材料进行了组织分析和性能测试。结果表明:两增强相大多沿晶界分布,TiC多为颗粒状或者等轴状,TiB为针状或纤维状。两增强相趋向相互依附生长,二者的同时加入对彼此的生长起到了一定的抑制作用,最终得到的钛基复合材料中,增强相的尺寸较为细小。TiC和TiB的引入对基体也起到了一定的细化作用。经热处理后,TiB的形貌几乎不发生变化,在高温下较为稳定;TiC的形态则发生了明显改变,同时这种变化在增强体含量不同的复合材料中呈现了相似的规律,即条状TiC熔断粒化,颗粒TiC逐渐溶解,然而依附在TiB周围的TiC颗粒这种变化趋势要小的多,在整个热处理过程中TiB对TiC的溶解起到了一定的抑制作用。钛基复合材料在铸态时的抗压强度相比于基体钛合金有了明显提高,提高幅度最大的是增强体含量为5vol%TiC+5vol%TiB的复合材料,达到了1699.26MPa,但是塑性也发生了大幅度的下降。经热处理后,这种现象得到了很好的改善,塑性提高的同时,钛基复合材料的强度相比于铸态也有了一定提高。对压缩后的断口进行了组织分析,发现增强体与基体之间界面结合良好。热处理后钛基复合材料性能提高主要因为经热处理后增强相分布更加均匀弥散,TiC得到了细化,增强相变得光滑圆润,在其棱角处容易产生应力集中的现象得以改善,另外TiC的固溶,也使得复合材料的抗压强度和压缩率同时提高。最终分析测试数据表明增强体含量为9vol%TiC+1vol%TiB的钛基复合材料,经1050℃下保温4h后性能最优,其抗压强度由铸态的1602.34MPa提高到了1969.67MPa,压缩率由15.19%提高到20.76%。

TiC+TiB增强高温钛合金基复合材料的组织和性能研究

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