熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V复合材料组织与力学性能研究

发布时间：2021-05-05 22:56

　　本文采用熔铸法制备了TiC/Ti-6Al-4V复合材料,TiC体积含量分别为5%、10%和15%。分析研究了复合材料中TiC的形态形成及生长机理,探讨了TiC形态的控制和改善手段,分析了热处理对复合材料组织和性能的影响,并对感应凝壳熔炼制备的TiC/Ti-6Al-4V复合材料的组织及室温和高温拉伸性能进行了分析,讨论了熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V复合材料的强化和断裂机理。热力学和XRD分析表明,TiC相在熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V复合材料中可以稳定存在,当TiC含量较少时,复合材料中凝固析出的TiC主要为共晶TiC,随TiC含量的增加,复合材料中共晶TiC含量减少,初生枝晶状TiC所占比例明显增加。对TiC的成分分析表明,熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V复合材料中TiC内C/Ti原子比接近0.5,处于明显的C缺乏状态,导致凝固析出的TiC密度比原始TiC粉末有所减小。对熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V复合材料中的TiC生长形态研究表明,TiC凝固时其固液界面为过渡性界面,因此TiC既有小平面生长形态又有非小平面生长形态。由于熔体中存在较大尺度的TiC团簇,凝固... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：181 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 基体的选择
        1.2.1 钛合金特点
        1.2.2 Ti-6Al-4V 合金特性
    1.3 增强体的选择
    1.4 钛基复合材料的制备方法
        1.4.1 熔铸法
        1.4.2 放热法
        1.4.3 粉末冶金法
        1.4.4 机械合金化法
        1.4.5 其它方法
    1.5 颗粒增强钛基复合材料的机械性能
        1.5.1 拉伸强度和塑性
        1.5.2 弹性模量
        1.5.3 蠕变性能
        1.5.4 疲劳性能
        1.5.5 耐磨性能
    1.6 TiC 的结构及在钛基复合材料中的形态
    1.7 钛基复合材料的应用和前景
    1.8 本文主要研究内容
第2章 材料制备及实验方法
    2.1 研究路线
    2.2 实验原材料及成分设计
        2.2.1 实验用原材料
        2.2.2 成分设计
    2.3 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料的制备
        2.3.1 非自耗电弧熔炼制备
        2.3.2 感应熔炼制备
    2.4 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料的热处理
    2.5 组织结构及相变分析
        2.5.1 X 射线衍射分析
        2.5.2 微观组织分析
        2.5.3 试样热分析
    2.6 力学性能测试
        2.6.1 拉伸性能测试
        2.6.2 维氏硬度测试
        2.6.3 压缩性能测试
第3章 熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V 复合材料铸态组织及其控制
    3.1 引言
    3.2 Ti-Al-V-C 系统热力学与动力学分析
        3.2.1 体系反应生成焓和自由能计算
        3.2.2 TiC/Ti-6Al-4V 中TiC 原位析出过程分析
    3.3 熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V 复合材料的组织和相分析
        3.3.1 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料XRD 分析
        3.3.2 不同TiC 含量的TiC/Ti-6Al-4V 复合材料组织分析
        3.3.3 凝固析出TiC 的成分与特性分析
        3.3.4 复合材料中TiC 与基体的界面
    3.4 TiC 含量对TiC/Ti-6Al-4V 复合材料压缩性能的影响
    3.5 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料中TiC 凝固结晶形态与生长研究
        3.5.1 TiC 的固液界面分析
        3.5.2 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料中TiC 的枝晶生长
        3.5.3 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料中TiC 的共晶生长
    3.6 C 加入方式对熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V 中TiC 形态的影响
        3.6.1 不同C 加入方式的TiC 形态
        3.6.2 C 加入方式对TiC 形态的影响机理
    3.7 本章小结
第4章 热处理对熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V 复合材料组织和性能的影响
    4.1 引言
    4.2 相区分析与热处理温度的选择
    4.3 热处理对复合材料中TiC 形态及成分的影响
        4.3.1 热处理温度和时间对TiC 形貌的影响
        4.3.2 热处理中TiC 的粒化机理及粒化模型
        4.3.3 热处理对TiC 生长层的影响
        4.3.4 热处理对TiC 成分的影响
    4.4 热处理后TiC/Ti-6Al-4V 复合材料中TiC 内Ti 的析出
        4.4.1 热处理后TiC 内析出相形貌
        4.4.2 析出相的确定与分析
        4.4.3 TiC 内Ti 析出的形成机理
        4.4.4 TiC 内Ti 析出对TiC 的增韧机理
    4.5 热处理对TiC 及复合材料性能的影响
        4.5.1 热处理后TiC 的硬度变化
        4.5.2 热处理对TiC 内裂纹扩展的影响
        4.5.3 热处理对压缩性能的影响
        4.5.4 热处理对TiC 的改变及其对复合材料性能影响机制的讨论
    4.6 本章小结
第5章 感应熔炼TiC/Ti-6Al-4V 复合材料组织与力学性能研究
    5.1 引言
    5.2 感应熔炼TiC/Ti-6Al-4V 复合材料的铸态组织与室温拉伸性能
        5.2.1 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料的感应熔炼制备
        5.2.2 感应熔炼TiC/Ti-6Al-4V 复合材料的铸态组织与相分析
        5.2.3 感应熔炼TiC/Ti-6Al-4V 复合材料室温拉伸性能
        5.2.4 拉伸断口分析
    5.3 热处理对感应熔炼TiC/Ti-6Al-4V 复合材料组织和性能的影响
        5.3.1 1050oC 热处理后的组织
        5.3.2 热处理后拉伸性能
        5.3.3 几种热处理工艺对性能影响的比较
        5.3.4 热处理断口分析
    5.4 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料室温强化与断裂机理分析
        5.4.1 室温强化机理
        5.4.2 室温拉伸断裂机理及热处理对断裂的影响
    5.5 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料高温拉伸性能
        5.5.1 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料高温短时拉伸性能
        5.5.2 高温短时拉伸断口
        5.5.3 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料短时持久拉伸性能
        5.5.4 短时持久拉伸断口
        5.5.5 TiC/Ti-6Al-4V 复合材料的高温强化机理
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆钛基复合涂层中原位自生TiC的形态特征与生长机制[J]. 王维夫,王茂才,孙凤久.  金属热处理. 2009(02)
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[3]TP-650颗粒增强钛基复合材料的性能与组织特征[J]. 毛小南,周廉,周义刚,Alain Vassel,张鹏省,于兰兰.  稀有金属材料与工程. 2004(06)
[4]TiC/Ti-6Al复合材料中TiC的微观形态及其形成机制[J]. 金云学,李庆芬,曾松岩.  铸造技术. 2004(01)
[5]MC碳化物非平衡凝固液/固界面结构及生长机制[J]. 陈瑶,王华明.  金属学报. 2003(03)
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本文编号：3170741