包覆型晶須非均勻增強鈦基復(fù)合材料組織設(shè)計與制備.pdf

1、鈦合金因其具有可焊接性、高的比強度等優(yōu)良特點，廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。在鈦合金內(nèi)引入熔點高、硬度大的TiBw(TiB whisker，TiB晶須)陶瓷晶須，晶須與基體有相近的熱膨脹系數(shù)，可有效提高相界面處的結(jié)合力，顯著改善鈦合金的耐磨性及耐高溫性能。但傳統(tǒng)添加TiBw均勻強化往往是以犧牲塑性為代價。近年來，非均勻增強方法得到廣泛關(guān)注，“軟區(qū)”、“硬區(qū)”結(jié)合的組織設(shè)計思路逐步發(fā)展成為一種提高金屬材料強韌性的有效手段。本文通過包覆熱處理形

2、成以TC4粉體為芯、以微顆粒純B粉為包覆層的球狀復(fù)合粉體，并采用原位合成-熱壓燒結(jié)、包套熱擠壓和激光熔覆等塊體制備工藝方法，研究不同參數(shù)條件下的非均勻分布晶須對組織性能的影響規(guī)律。
　　采用隨爐升溫和到溫入爐兩種加熱方式在真空條件下對低能球磨后所得不同B含量的B/TC4粉料進行包覆熱處理處理，旨在TC4粉體表層得到大量細針狀指向粉體外部的TiBw，通過調(diào)整包覆熱處理工藝中保溫時間、保溫溫度、冷卻速度等熱處理參數(shù)，研究TiBw形貌特

3、征及分布的演化規(guī)律。到溫入爐工藝有利于獲得細長且均勻分布的TiBw；且保溫時間在2-4h為宜，過長的保溫時間反而會減少TiBw的數(shù)量。粉體外的TiBw長度存在極值約12μm；相同條件下TiBw向內(nèi)生長的尺寸總是遠大于向外生長的。
　　將含有不同晶須形態(tài)和分布的包覆熱處理粉體進行熱壓燒結(jié)，與包覆熱處理粉體相比，熱壓燒結(jié)后晶須數(shù)量、尺寸都有進一步提高：包覆熱處理粉體中晶須數(shù)量少、尺寸小時，熱壓燒結(jié)后所得組織中晶須在基體顆粒界面處呈準連

4、續(xù)狀分布。該組織內(nèi)晶須尺寸細小、無明顯孔洞，硬度提升。1200℃，B含量為3.12wt％，保溫4h的包覆熱處理粉體熱壓燒結(jié)后在基體邊界處的硬度值可達590HV。
　　利用包套熱擠壓工藝對熱壓燒結(jié)材料處理，經(jīng)過擠壓比值16:1的大塑性變形，使晶須由原本得縱向取向隨機、空間網(wǎng)絡(luò)狀分布，轉(zhuǎn)變?yōu)榭v向方向平行于擠壓方向、局部團聚、斷續(xù)分布的分布特征，所得材料單軸室溫拉伸強度再次提升。選擇B含量為1.56wt%的預(yù)燒粉體，設(shè)定擠壓溫度為110

5、0℃，所得材料抗拉強度可達1356MPa，延伸率提高至4.8%。通過背散射衍射測試發(fā)現(xiàn)材料α相中存在強烈的<0001>織構(gòu)。
　　最后通過激光熔覆工藝對到溫入爐工藝下，1200℃，B含量1.56wt%，保溫1h及4h的包覆熱處理粉體進行激光燒結(jié)，實驗結(jié)果顯示包覆熱處理1h及4h的粉體，當激光輸出功率為820W時，熔池厚度約740μm，包覆熱處理階段生成的晶須仍存在，且規(guī)則的分布于凝固過程中獲得的樹枝狀晶粒邊界處；同時，保溫4h粉體