熱加工對TiC顆粒增強鈦基復合材料組織與性能的影響.pdf

1、顆粒增強鈦基復合材料具有高比強度、高比模量、高耐蝕性、高耐磨性等特點,在航空、航天及汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應用前景,越來越受到人們的關(guān)注。利用原位生成方法制備的顆粒增強鈦基復合材料避免了外加增強體顆粒的界面污染問題,并且工藝簡單,得到了廣泛的研究。但是隨著增強體的加入,在相對較軟的基體上分布了很多硬度很高的增強體顆粒,使得鈦基復合材料的加工性能變差,在較大程度上加大了鈦基復合材料的工程化應用的難度。因此,為了提高鈦基復合材料的變形性

2、能,研究合適的熱加工工藝路線,深分析在各種條件下的高溫變形行為,避免熱變形開裂等失穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生具有積極意義。
　　 本研究選擇以原位生成TiC顆粒增強鈦基復合材料為研究對象,借助熱模擬及鍛造等實驗手段,通過差熱分析(DTA)、X射線衍射(XRD)、光學顯微鏡(OPM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子能譜儀(EDS)、顯微硬度計等手段,研究了變形工藝參數(shù)對其高溫變形時流變應力的影響,建立其高溫變形時的加工圖；同時研究了熱變形對組織

3、及性能的影響,鈦基復合材料的摩擦磨損行為。得出以下結(jié)論:
　　 (1)在應變速率為0.001～1s-1,變形溫度700℃～950℃的變形條件下,鈦基復合材料的高溫變形行為強烈地受變形溫度和應變速率的影響。當變形溫度一定時,流變應力隨應變速率的增大而增大,而在恒應變速率條件下,真應力水平隨溫度的升高而降低。利用Zener-Hollomon參數(shù)建立了鈦基復合材料的雙曲正弦流動應力本構(gòu)方程模型,獲得了相應的熱變形激活能和材料參數(shù)。鈦基

4、復合材料β相區(qū)的熱變形激活能值為227 KJ.mol-1,在(α+β)相區(qū)激活能為357mol-1。
　　 (2)TiC顆粒增強鈦基復合材料熱變形的主要機制是動態(tài)再結(jié)晶,溫度的升高可以促進動態(tài)再結(jié)晶的進行,為獲得細小均勻的動態(tài)再結(jié)晶組織,應適當?shù)慕档妥冃螠囟群吞岣邞兞俊?br>　　 (3)繪制了鈦基復合材料在應變?yōu)?.1、0.3、0.5和0.7時的熱加工圖。在四種真應變條件下,鈦基復合材料在低溫和高溫下均有2個流變失穩(wěn)區(qū)域出

5、現(xiàn),制定熱加工工藝時應避開這些區(qū)域。在部分失穩(wěn)條件下的樣品中觀察到了絕熱剪切帶、壓縮試樣表面縱向開裂等失穩(wěn)現(xiàn)象。鈦復合材料在溫度為900℃-950℃,應變速率為0.01s-1-0.001s-1壓縮變形時,功率耗散效率η處于50％～55％范圍內(nèi),發(fā)生完全的動態(tài)再結(jié)晶,是鈦基復合材料的最佳加工區(qū)域。
　　 (4)鈦基復合材料的斷口為TiC解理斷裂與基體局部延性斷裂相結(jié)合的混合型斷口。鈦基復合材料中基體與TiC顆粒界面結(jié)合良好,具有較

6、高的界面結(jié)合強度,拉伸變形過程中,載荷從集體轉(zhuǎn)移到增強體TiC粒子,增強體承受大部分載荷,其斷裂機制可以認為是載荷不斷增加導致粒子首先斷裂,裂紋再在基體中迅速擴展,導致復合材料失效。
　　 (5)鈦基復合材料的摩擦因數(shù)隨時間的變化幅度較大,摩擦初期,復合材料具有較好的耐磨性能,摩擦系數(shù)穩(wěn)定；隨著摩擦時間的延長,磨面上的TiC顆粒將在高的表面切應力的作用下發(fā)生破碎,失去其承載作用,磨損量變大。鈦基復合材料的磨痕區(qū)除了鈦元素外,還出