原位自生(TiB+La2O3)-TC4鈦基復(fù)合材料的微觀組織和力學(xué)性能.pdf

1、鈦基復(fù)合材料因綜合性能優(yōu)于鈦合金而具有更廣闊的發(fā)展前景。其中,原位合成TiB和稀土氧化物增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料因高溫力學(xué)性能優(yōu)異已有較多研究。然而在材料制備過程中原位反應(yīng)機(jī)理以及稀土氧化物增強(qiáng)體的形成機(jī)制尚待進(jìn)一步討論。本文針對(duì)原位自生(TiB+La2O3)/TC4鈦基復(fù)合材料,研究了增強(qiáng)體添加方式對(duì)材料微觀組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律,為原位自生反應(yīng)的機(jī)理性研究與工藝優(yōu)化提供理論支持。
　　本文分別通過Ti+LaB6中間合金和Ti+B+

2、La單質(zhì)兩種增強(qiáng)體添加方式,利用真空自耗電弧熔煉-熱加工-熱處理工藝,原位合成了不同增強(qiáng)體含量的(TiB+La2O3)/TC4鈦基復(fù)合材料。復(fù)合材料的基體組織為網(wǎng)籃組織,TiB增強(qiáng)體為短纖維狀,La2O3則有兩種形貌:短纖維狀初生La2O3和細(xì)小彌散的二次析出La2O3。相比而言,Ti-B-La體系因La單質(zhì)熔點(diǎn)低、活性高,在熔煉時(shí)易優(yōu)先氧化而形成較多初生 La2O3,并因 La2O3具有 A-M2O3結(jié)構(gòu)而生長(zhǎng)為高長(zhǎng)徑比的短纖維狀;T

3、i-LaB6體系中的La元素則大部分在在鈦基體α/β轉(zhuǎn)變時(shí)析出,并奪取基體中的氧形成較多二次析出 La2O3。隨著增強(qiáng)體含量的增多,增強(qiáng)體的尺寸相應(yīng)增加,TiB的長(zhǎng)徑比隨B含量的提高而略有下降,而 La2O3的長(zhǎng)徑比隨 La含量的提高而增加。熱力學(xué)計(jì)算的結(jié)果表明,基體 TC4中的合金化元素Al可促進(jìn)Ti-B-La體系增強(qiáng)體的形核從而細(xì)化增強(qiáng)體尺寸,因此,Ti-B-La體系材料中的TiB和La2O3長(zhǎng)徑比高于Ti-LaB6體系材料,同時(shí)未

4、形成異常粗大的初生La2O3。
　　材料在室溫和高溫下的斷裂方式均為韌性斷裂。隨著增強(qiáng)體含量的提高,復(fù)合材料的強(qiáng)度上升而塑性下降。隨著拉伸溫度的上升,復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度逐漸下降,當(dāng)拉伸溫度達(dá)到500℃時(shí),復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度顯著下降。當(dāng)增強(qiáng)體含量與拉伸溫度相同時(shí),由于Ti-B-La體系材料中TiB和初生La2O3增強(qiáng)體的平均長(zhǎng)徑比要高于Ti-LaB6體系中增強(qiáng)體的平均長(zhǎng)徑比,因而在室溫與高溫拉伸時(shí) Ti-B-La體系材料的增強(qiáng)體具有