多孔鈦及合金制備與抗壓縮性能的基礎(chǔ)研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、由于高科技技術(shù)的迅速發(fā)展,因此,對(duì)材料性能、結(jié)構(gòu)等方面的要求也隨著提高,朝著輕質(zhì)化和其他多種優(yōu)良特性相結(jié)合的先進(jìn)功能材料和結(jié)構(gòu)材料發(fā)展以滿(mǎn)足不同領(lǐng)域?qū)Σ牧系膽?yīng)用需求。通過(guò)對(duì)多孔鈦制備的工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,為實(shí)現(xiàn)對(duì)高性能多孔金屬制備提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。
  本實(shí)驗(yàn)均在真空度為10-1 Pa,燒結(jié)溫度為1250℃,燒結(jié)時(shí)間為2 h的實(shí)驗(yàn)條件下采用粉末冶金混合元素法制備多孔鈦,通過(guò)添加不同含量的FeV80粉末和碳粉以及高能球磨原料預(yù)

2、處理對(duì)多孔鈦孔隙結(jié)構(gòu)、微觀組織和抗壓性能的影響作了系統(tǒng)的研究。利用Comsol Multiphysics有限元模擬軟件研究了多孔材料孔隙特征(隙率、孔徑大小、孔的形貌)對(duì)材料彈性模量的影響,通過(guò)與Nielsen模型理論計(jì)算比較,來(lái)對(duì)多孔材料機(jī)械性能做評(píng)估和預(yù)測(cè),其主要結(jié)論如下:
 ?、侔凑誘i-xC、Ti-xFeV80設(shè)計(jì)的不同配比通過(guò)高能球磨對(duì)混合原料進(jìn)行預(yù)處理磨制60min后,經(jīng)激光粒度檢測(cè),細(xì)化了粒度,有部分顆粒發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象

3、,同時(shí)增加了原料表面的粗糙度,經(jīng)物相分析,原料沒(méi)有其它新物相的生成。
  ②通過(guò)在鈦粉中添加不同含量碳粉以及球磨工藝的加入對(duì)材料結(jié)構(gòu)和性能的影響做了考查。結(jié)果表明:隨著含碳量的增加,孔隙率呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì),當(dāng)含碳量增加到2.5wt%時(shí),孔隙率急劇增大。添加碳粉后,從XRD檢測(cè)結(jié)果表明,基體有TiC物相的生成。
 ?、弁ㄟ^(guò)預(yù)處理后的原料而制備多孔鈦材料,燒結(jié)坯更為致密化,熔化過(guò)程更為明顯,顆粒間結(jié)合程度更好。當(dāng)含碳量達(dá)到1.5

4、 wt%、2 wt%時(shí),其應(yīng)力應(yīng)變曲線幾乎保持一致,其初始屈服強(qiáng)度分別為339.8 MPa、331.8 MPa,2 wt%比1.5 wt%時(shí)其強(qiáng)度略有下降。當(dāng)含碳量添加到2.5 wt%時(shí),其初始屈服下降到195.1 MPa。當(dāng)原料未經(jīng)預(yù)處理,純鈦燒結(jié)制得的多孔鈦時(shí),其初始屈服強(qiáng)度為143 MPa,碳含量添加到1 wt%時(shí),初始屈服強(qiáng)度為182 MPa,碳含量增加到2.5 wt%時(shí),初始屈服強(qiáng)度下降到141 MPa。
  ④實(shí)驗(yàn)通過(guò)

5、在鈦粉中添加不同含量碳粉以及球磨工藝加入對(duì)材料結(jié)構(gòu)和性能的影響作了研究,結(jié)果表明適量FeV80的添加,對(duì)材料孔隙結(jié)構(gòu)起著致密化作用。添加FeV80后對(duì)制得的燒結(jié)坯做XRD檢測(cè)結(jié)果表明:基體有TixVy(x+y=1)物相的生成。原料預(yù)處理后,純鈦燒結(jié)制得的燒結(jié)坯,其初始屈服強(qiáng)度為184.7MPa,隨著FeV80含量的增加,當(dāng)含量增加到12 wt%時(shí),其強(qiáng)度為281.4MPa,增加到16 wt%時(shí),其強(qiáng)度略有下降,為277.3 MPa。而未

6、預(yù)處理的原料,當(dāng)純鈦燒結(jié)時(shí),其初始屈服強(qiáng)度為143.6 MPa,當(dāng)添加8wt%FeV80時(shí),初始屈服強(qiáng)度增加到201.8 MPa,當(dāng)繼續(xù)添加到12 wt%、16 wt%時(shí),其強(qiáng)度略有降低,分別為194.6 MPa、198.2 MPa。
 ?、萃ㄟ^(guò)Comsol計(jì)算不同孔隙特征對(duì)多孔鈦彈性模量的影響,并與Nielsen模型計(jì)算結(jié)果作了對(duì)比。結(jié)果表明:當(dāng)孔隙率從28.3%增加到72.3%時(shí),其彈性模量從30.8 GPa降低到15.9 G

7、Pa。通過(guò)模擬結(jié)果擬合出了Nielsen模型中n=2.4,Nielsen計(jì)算結(jié)果結(jié)果表明,當(dāng)孔隙率從28.3%增加到72.3%時(shí),彈性模量從49.1 GPa降到5.02 GPa。表明彈性模量隨著孔隙率的增加而降低。當(dāng)形狀因子和孔隙率一定(形狀因子p=1,孔隙率v=0.5),孔徑從0.1mm增大到0.5mm時(shí),其有效彈性模量從26.4 GPa降低到25.9 GPa,結(jié)果表明孔徑在一定的范圍內(nèi),對(duì)彈性模量的影響很小。當(dāng)孔隙率為50%時(shí),形狀

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