包覆型晶须非均匀增强钛基复合材料组织设计与制备

发布时间：2019-11-07 23:41

【摘要】：钛合金因其具有可焊接性、高的比强度等优良特点,广泛应用于航空航天等领域。在钛合金内引入熔点高、硬度大的TiBw(TiB whisker,TiB晶须)陶瓷晶须,晶须与基体有相近的热膨胀系数,可有效提高相界面处的结合力,显著改善钛合金的耐磨性及耐高温性能。但传统添加TiBw均匀强化往往是以牺牲塑性为代价。近年来,非均匀增强方法得到广泛关注,“软区”、“硬区”结合的组织设计思路逐步发展成为一种提高金属材料强韧性的有效手段。本文通过包覆热处理形成以TC4粉体为芯、以微颗粒纯B粉为包覆层的球状复合粉体,并采用原位合成-热压烧结、包套热挤压和激光熔覆等块体制备工艺方法,研究不同参数条件下的非均匀分布晶须对组织性能的影响规律。采用随炉升温和到温入炉两种加热方式在真空条件下对低能球磨后所得不同B含量的B/TC4粉料进行包覆热处理处理,旨在TC4粉体表层得到大量细针状指向粉体外部的TiBw,通过调整包覆热处理工艺中保温时间、保温温度、冷却速度等热处理参数,研究TiBw形貌特征及分布的演化规律。到温入炉工艺有利于获得细长且均匀分布的TiBw;且保温时间在2~4h为宜,过长的保温时间反而会减少TiBw的数量。粉体外的TiBw长度存在极值约12μm;相同条件下TiBw向内生长的尺寸总是远大于向外生长的。将含有不同晶须形态和分布的包覆热处理粉体进行热压烧结,与包覆热处理粉体相比,热压烧结后晶须数量、尺寸都有进一步提高:包覆热处理粉体中晶须数量少、尺寸小时,热压烧结后所得组织中晶须在基体颗粒界面处呈准连续状分布。该组织内晶须尺寸细小、无明显孔洞,硬度提升。1200℃,B含量为3.12wt%,保温4h的包覆热处理粉体热压烧结后在基体边界处的硬度值可达590HV。利用包套热挤压工艺对热压烧结材料处理,经过挤压比值16:1的大塑性变形,使晶须由原本得纵向取向随机、空间网络状分布,转变为纵向方向平行于挤压方向、局部团聚、断续分布的分布特征,所得材料单轴室温拉伸强度再次提升。选择B含量为1.56wt%的预烧粉体,设定挤压温度为1100℃,所得材料抗拉强度可达1356MPa,延伸率提高至4.8%。通过背散射衍射测试发现材料α相中存在强烈的0001织构。最后通过激光熔覆工艺对到温入炉工艺下,1200℃,B含量1.56wt%,保温1h及4h的包覆热处理粉体进行激光烧结,实验结果显示包覆热处理1h及4h的粉体,当激光输出功率为820W时,熔池厚度约740μm,包覆热处理阶段生成的晶须仍存在,且规则的分布于凝固过程中获得的树枝状晶粒边界处,;同时,保温4h粉体激光熔覆后的熔池下方存在基体未熔化的区域,厚度约为435μm,该区域可见TiBw呈准连续状均匀分布于基体颗粒表层处,硬度范围是HV 480~540。包覆热处理工艺中所得TiBw形貌完整保留。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333

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本文编号：2557540