3D网状结构TiBw/Ti60复合材料高温力学性能
发布时间：2020-12-28 15:24
利用反应热压技术制备了3D网状结构Ti Bw/Ti60复合材料,对复合材料在600~750℃范围内的高温力学性能进行了测试。结果表明,与Ti60合金相比,3D网状结构Ti Bw的原位形成显著提高了复合材料高温强度。在600、650、700和750℃,5.1%(体积分数)Ti Bw/Ti60复合材料的抗拉强度相比Ti60合金分别提高了42.5%、39.9%、35%和13.2%,而延伸率在各温度下均低于基体合金。网状结构复合材料断裂时形成的主裂纹沿网状界面处扩展,且断裂机制随实验温度增加而改变。
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2016年12期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Ti60合金及TiBw/Ti60复合材料的SEM照片
?a~4c中可以看出，网状结构复合材料在600~700℃范围内的断裂呈准解理断裂，即断口上除了有TiBw的脆性断裂外，在基体内部也发现了韧窝和撕裂棱的存在，并且韧窝和撕裂棱的数量随拉伸温度的升高而增多。仔细观察图4c还可以发现，断口上存在少量TiBw增强体从基体中拔出的现象。从图4d中观察发现，断口表面含有大量的韧窝和撕裂棱，表现出明显的韧性断裂特征。而与图4c相比，断裂的TiBw比例减少，相应TiBw被拔出的数量有所增加，说明在该温度下基体的软化程度加大，这也佐证了前面对复合材料高温拉伸性能的分析(图3)。图5所示为5.1vol%TiBw/Ti60复合材料在650和750℃下拉伸断口附近的截面形貌。从图5a、5b中可以看出，网状结构TiBw/Ti60复合材料断裂时形成的主裂纹均是沿着网状界面处扩展，类似于金属的“沿晶断裂”。产生此现象的原因，主要由于本实验制备的钛基复合材料组织具有网状结构特征所导致，这一点也被Huang等研究网状结构TiBw/TC4复合材料拉伸断裂行为时所证实[17]。应该指出，裂纹沿网状界面处扩展需要不断发生偏转，这必然会增加裂纹扩展的阻力，因此在一定程度上提高了复合材料的强韧性。这也间接表明，网状组织主导着此复合材料的力学行为。从图5c中可以看出，在650℃下拉伸，网状界面处的TiBw发生了不同程度地断裂且没有发现TiBw与基体的脱粘，这表明在网状结构TiBw/Ti60复合材料中，网状方式分布的TiBw起到了“晶界强化”的效果，这也是复合材料高温强度比基体合金高的主要原因。与之对比，拉伸温度为750℃时，复合材料中断裂的TiBw数量减少且部分与基体发生脱粘(图5d)，这与前图4不同温度下5.1vol%TiBw/Ti60复合材料的断口形貌Fig.4SEMfractographsofthe5.1vol%TiBw/Ti60compositesatdifferenttemperatures:
834合金的抗拉强度作为判据，3D网状结构5.1vol%TiBw/Ti60复合材料的使用温度至少比IMI834合金高100℃。这充分说明3D网状结构TiBw的原位形成显著提高了复合材料的服役温度。对于延伸率而言，复合材料的延伸率均随增强体体积分数增加而降低，随试验温度升高而增大，这一规律也与众多TiBw增强钛基复合材料获得的结论相一致[12,20]。上述现象产生的原因一方面是由于随温度升高，钛基体合金软化程度加大而使其塑性变形能力更强，另一方面是由于TiBw体积分数的增多对钛基体本身的变形阻碍作用更大所致。2.4断口分析图4所示为不同温度下5.1vol%TiBw/Ti60复合材料的拉伸断口形貌。从图4a~4c中可以看出，网状结构复合材料在600~700℃范围内的断裂呈准解理断裂，即断口上除了有TiBw的脆性断裂外，在基体内部也发现了韧窝和撕裂棱的存在，并且韧窝和撕裂棱的数量随拉伸温度的升高而增多。仔细观察图4c还可以发现，断口上存在少量TiBw增强体从基体中拔出的现象。从图4d中观察发现，断口表面含有大量的韧窝和撕裂棱，表现出明显的韧性断裂特征。而与图4c相比，断裂的TiBw比例减少，相应TiBw被拔出的数量有所增加，说明在该温度下基体的软化程度加大，这也佐证了前面对复合材料高温拉伸性能的分析(图3)。图5所示为5.1vol%TiBw/Ti60复合材料在650和750℃下拉伸断口附近的截面形貌。从图5a、5b中可以看出，网状结构TiBw/Ti60复合材料断裂时形成的主裂纹均是沿着网状界面处扩展，类似于金属的“沿晶断裂”。产生此现象的原因，主要由于本实验制备的钛基复合材料组织具有网状结构特征所导致，这一点也被Huang等研究网状结构TiBw/TC4复合材料拉伸断裂行为时所证实[17]。应该指出，裂纹沿网状界面处扩展需要不断发生偏转，这必然会增加?
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温钛合金的现状与前景[J]. 王清江,刘建荣,杨锐. 航空材料学报. 2014(04)
[2]非连续增强钛基复合材料研究进展[J]. 黄陆军,耿林. 航空材料学报. 2014(04)
[3]原位自生钛基复合材料研究综述[J]. 吕维洁. 中国材料进展. 2010(04)
本文编号：2943989
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2016年12期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Ti60合金及TiBw/Ti60复合材料的SEM照片
?a~4c中可以看出，网状结构复合材料在600~700℃范围内的断裂呈准解理断裂，即断口上除了有TiBw的脆性断裂外，在基体内部也发现了韧窝和撕裂棱的存在，并且韧窝和撕裂棱的数量随拉伸温度的升高而增多。仔细观察图4c还可以发现，断口上存在少量TiBw增强体从基体中拔出的现象。从图4d中观察发现，断口表面含有大量的韧窝和撕裂棱，表现出明显的韧性断裂特征。而与图4c相比，断裂的TiBw比例减少，相应TiBw被拔出的数量有所增加，说明在该温度下基体的软化程度加大，这也佐证了前面对复合材料高温拉伸性能的分析(图3)。图5所示为5.1vol%TiBw/Ti60复合材料在650和750℃下拉伸断口附近的截面形貌。从图5a、5b中可以看出，网状结构TiBw/Ti60复合材料断裂时形成的主裂纹均是沿着网状界面处扩展，类似于金属的“沿晶断裂”。产生此现象的原因，主要由于本实验制备的钛基复合材料组织具有网状结构特征所导致，这一点也被Huang等研究网状结构TiBw/TC4复合材料拉伸断裂行为时所证实[17]。应该指出，裂纹沿网状界面处扩展需要不断发生偏转，这必然会增加裂纹扩展的阻力，因此在一定程度上提高了复合材料的强韧性。这也间接表明，网状组织主导着此复合材料的力学行为。从图5c中可以看出，在650℃下拉伸，网状界面处的TiBw发生了不同程度地断裂且没有发现TiBw与基体的脱粘，这表明在网状结构TiBw/Ti60复合材料中，网状方式分布的TiBw起到了“晶界强化”的效果，这也是复合材料高温强度比基体合金高的主要原因。与之对比，拉伸温度为750℃时，复合材料中断裂的TiBw数量减少且部分与基体发生脱粘(图5d)，这与前图4不同温度下5.1vol%TiBw/Ti60复合材料的断口形貌Fig.4SEMfractographsofthe5.1vol%TiBw/Ti60compositesatdifferenttemperatures:
834合金的抗拉强度作为判据，3D网状结构5.1vol%TiBw/Ti60复合材料的使用温度至少比IMI834合金高100℃。这充分说明3D网状结构TiBw的原位形成显著提高了复合材料的服役温度。对于延伸率而言，复合材料的延伸率均随增强体体积分数增加而降低，随试验温度升高而增大，这一规律也与众多TiBw增强钛基复合材料获得的结论相一致[12,20]。上述现象产生的原因一方面是由于随温度升高，钛基体合金软化程度加大而使其塑性变形能力更强，另一方面是由于TiBw体积分数的增多对钛基体本身的变形阻碍作用更大所致。2.4断口分析图4所示为不同温度下5.1vol%TiBw/Ti60复合材料的拉伸断口形貌。从图4a~4c中可以看出，网状结构复合材料在600~700℃范围内的断裂呈准解理断裂，即断口上除了有TiBw的脆性断裂外，在基体内部也发现了韧窝和撕裂棱的存在，并且韧窝和撕裂棱的数量随拉伸温度的升高而增多。仔细观察图4c还可以发现，断口上存在少量TiBw增强体从基体中拔出的现象。从图4d中观察发现，断口表面含有大量的韧窝和撕裂棱，表现出明显的韧性断裂特征。而与图4c相比，断裂的TiBw比例减少，相应TiBw被拔出的数量有所增加，说明在该温度下基体的软化程度加大，这也佐证了前面对复合材料高温拉伸性能的分析(图3)。图5所示为5.1vol%TiBw/Ti60复合材料在650和750℃下拉伸断口附近的截面形貌。从图5a、5b中可以看出，网状结构TiBw/Ti60复合材料断裂时形成的主裂纹均是沿着网状界面处扩展，类似于金属的“沿晶断裂”。产生此现象的原因，主要由于本实验制备的钛基复合材料组织具有网状结构特征所导致，这一点也被Huang等研究网状结构TiBw/TC4复合材料拉伸断裂行为时所证实[17]。应该指出，裂纹沿网状界面处扩展需要不断发生偏转，这必然会增加?
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温钛合金的现状与前景[J]. 王清江,刘建荣,杨锐. 航空材料学报. 2014(04)
[2]非连续增强钛基复合材料研究进展[J]. 黄陆军,耿林. 航空材料学报. 2014(04)
[3]原位自生钛基复合材料研究综述[J]. 吕维洁. 中国材料进展. 2010(04)
本文编号：2943989
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