熱加工對(duì)TiC顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料組織與性能的影響.pdf

1、顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、高耐蝕性、高耐磨性等特點(diǎn),在航空、航天及汽車(chē)制造等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景,越來(lái)越受到人們的關(guān)注。利用原位生成方法制備的顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料避免了外加增強(qiáng)體顆粒的界面污染問(wèn)題,并且工藝簡(jiǎn)單,得到了廣泛的研究。但是隨著增強(qiáng)體的加入,在相對(duì)較軟的基體上分布了很多硬度很高的增強(qiáng)體顆粒,使得鈦基復(fù)合材料的加工性能變差,在較大程度上加大了鈦基復(fù)合材料的工程化應(yīng)用的難度。因此,為了提高鈦基復(fù)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(kāi)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(qiáng)鈦基復(fù)合材料為研究對(duì)象,借助熱模擬及鍛造等實(shí)驗(yàn)手段,通過(guò)差熱分析(DTA)、X射線衍射(XRD)、光學(xué)顯微鏡(OPM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子能譜儀(EDS)、顯微硬度計(jì)等手段,研究了變形工藝參數(shù)對(duì)其高溫變形時(shí)流變應(yīng)力的影響,建立其高溫變形時(shí)的加工圖；同時(shí)研究了熱變形對(duì)組織

3、及性能的影響,鈦基復(fù)合材料的摩擦磨損行為。得出以下結(jié)論:
　　 (1)在應(yīng)變速率為0.001～1s-1,變形溫度700℃～950℃的變形條件下,鈦基復(fù)合材料的高溫變形行為強(qiáng)烈地受變形溫度和應(yīng)變速率的影響。當(dāng)變形溫度一定時(shí),流變應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增大而增大,而在恒應(yīng)變速率條件下,真應(yīng)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(fù)合材料的雙曲正弦流動(dòng)應(yīng)力本構(gòu)方程模型,獲得了相應(yīng)的熱變形激活能和材料參數(shù)。鈦基

4、復(fù)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(qiáng)鈦基復(fù)合材料熱變形的主要機(jī)制是動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,溫度的升高可以促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行,為獲得細(xì)小均勻的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織,應(yīng)適當(dāng)?shù)慕档妥冃螠囟群吞岣邞?yīng)變量。
　　 (3)繪制了鈦基復(fù)合材料在應(yīng)變?yōu)?.1、0.3、0.5和0.7時(shí)的熱加工圖。在四種真應(yīng)變條件下,鈦基復(fù)合材料在低溫和高溫下均有2個(gè)流變失穩(wěn)區(qū)域出

5、現(xiàn),制定熱加工工藝時(shí)應(yīng)避開(kāi)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(kāi)裂等失穩(wěn)現(xiàn)象。鈦復(fù)合材料在溫度為900℃-950℃,應(yīng)變速率為0.01s-1-0.001s-1壓縮變形時(shí),功率耗散效率η處于50％～55％范圍內(nèi),發(fā)生完全的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,是鈦基復(fù)合材料的最佳加工區(qū)域。
　　 (4)鈦基復(fù)合材料的斷口為T(mén)iC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(fù)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(qiáng)度,拉伸變形過(guò)程中,載荷從集體轉(zhuǎn)移到增強(qiáng)體TiC粒子,增強(qiáng)體承受大部分載荷,其斷裂機(jī)制可以認(rèn)為是載荷不斷增加導(dǎo)致粒子首先斷裂,裂紋再在基體中迅速擴(kuò)展,導(dǎo)致復(fù)合材料失效。
　　 (5)鈦基復(fù)合材料的摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化幅度較大,摩擦初期,復(fù)合材料具有較好的耐磨性能,摩擦系數(shù)穩(wěn)定；隨著摩擦?xí)r間的延長(zhǎng),磨面上的TiC顆粒將在高的表面切應(yīng)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(fù)合材料的磨痕區(qū)除了鈦元素外,還出