利用反應熱壓技術制備了3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)Ti Bw/Ti60復合材料,對復合材料在600~750℃范圍內(nèi)的高溫力學性能進行了測試。結(jié)果表明,與Ti60合金相比,3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)Ti Bw的原位形成顯著提高了復合材料高溫強度。在600、650、700和750℃,5.1%(體積分數(shù))Ti Bw/Ti60復合材料的抗拉強度相比Ti60合金分別提高了42.5%、39.9%、35%和13.2%,而延伸率在各溫度下均低于基體合金。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復合材料斷裂時形成的主裂紋沿網(wǎng)狀界面處擴展,且斷裂機制隨實驗溫度增加而改變。 

【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2016年12期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

Ti60合金及TiBw/Ti60復合材料的SEM照片

?a~4c中可以看出，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復合材料在600~700℃范圍內(nèi)的斷裂呈準解理斷裂，即斷口上除了有TiBw的脆性斷裂外，在基體內(nèi)部也發(fā)現(xiàn)了韌窩和撕裂棱的存在，并且韌窩和撕裂棱的數(shù)量隨拉伸溫度的升高而增多。仔細觀察圖4c還可以發(fā)現(xiàn)，斷口上存在少量TiBw增強體從基體中拔出的現(xiàn)象。從圖4d中觀察發(fā)現(xiàn)，斷口表面含有大量的韌窩和撕裂棱，表現(xiàn)出明顯的韌性斷裂特征。而與圖4c相比，斷裂的TiBw比例減少，相應TiBw被拔出的數(shù)量有所增加，說明在該溫度下基體的軟化程度加大，這也佐證了前面對復合材料高溫拉伸性能的分析(圖3)。圖5所示為5.1vol%TiBw/Ti60復合材料在650和750℃下拉伸斷口附近的截面形貌。從圖5a、5b中可以看出，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)TiBw/Ti60復合材料斷裂時形成的主裂紋均是沿著網(wǎng)狀界面處擴展，類似于金屬的“沿晶斷裂”。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因，主要由于本實驗制備的鈦基復合材料組織具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特征所導致，這一點也被Huang等研究網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)TiBw/TC4復合材料拉伸斷裂行為時所證實[17]。應該指出，裂紋沿網(wǎng)狀界面處擴展需要不斷發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這必然會增加裂紋擴展的阻力，因此在一定程度上提高了復合材料的強韌性。這也間接表明，網(wǎng)狀組織主導著此復合材料的力學行為。從圖5c中可以看出，在650℃下拉伸，網(wǎng)狀界面處的TiBw發(fā)生了不同程度地斷裂且沒有發(fā)現(xiàn)TiBw與基體的脫粘，這表明在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)TiBw/Ti60復合材料中，網(wǎng)狀方式分布的TiBw起到了“晶界強化”的效果，這也是復合材料高溫強度比基體合金高的主要原因。與之對比，拉伸溫度為750℃時，復合材料中斷裂的TiBw數(shù)量減少且部分與基體發(fā)生脫粘(圖5d)，這與前圖4不同溫度下5.1vol%TiBw/Ti60復合材料的斷口形貌Fig.4SEMfractographsofthe5.1vol%TiBw/Ti60compositesatdifferenttemperatures:

834合金的抗拉強度作為判據(jù)，3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)5.1vol%TiBw/Ti60復合材料的使用溫度至少比IMI834合金高100℃。這充分說明3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)TiBw的原位形成顯著提高了復合材料的服役溫度。對于延伸率而言，復合材料的延伸率均隨增強體體積分數(shù)增加而降低，隨試驗溫度升高而增大，這一規(guī)律也與眾多TiBw增強鈦基復合材料獲得的結(jié)論相一致[12,20]。上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因一方面是由于隨溫度升高，鈦基體合金軟化程度加大而使其塑性變形能力更強，另一方面是由于TiBw體積分數(shù)的增多對鈦基體本身的變形阻礙作用更大所致。2.4斷口分析圖4所示為不同溫度下5.1vol%TiBw/Ti60復合材料的拉伸斷口形貌。從圖4a~4c中可以看出，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復合材料在600~700℃范圍內(nèi)的斷裂呈準解理斷裂，即斷口上除了有TiBw的脆性斷裂外，在基體內(nèi)部也發(fā)現(xiàn)了韌窩和撕裂棱的存在，并且韌窩和撕裂棱的數(shù)量隨拉伸溫度的升高而增多。仔細觀察圖4c還可以發(fā)現(xiàn)，斷口上存在少量TiBw增強體從基體中拔出的現(xiàn)象。從圖4d中觀察發(fā)現(xiàn)，斷口表面含有大量的韌窩和撕裂棱，表現(xiàn)出明顯的韌性斷裂特征。而與圖4c相比，斷裂的TiBw比例減少，相應TiBw被拔出的數(shù)量有所增加，說明在該溫度下基體的軟化程度加大，這也佐證了前面對復合材料高溫拉伸性能的分析(圖3)。圖5所示為5.1vol%TiBw/Ti60復合材料在650和750℃下拉伸斷口附近的截面形貌。從圖5a、5b中可以看出，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)TiBw/Ti60復合材料斷裂時形成的主裂紋均是沿著網(wǎng)狀界面處擴展，類似于金屬的“沿晶斷裂”。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因，主要由于本實驗制備的鈦基復合材料組織具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特征所導致，這一點也被Huang等研究網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)TiBw/TC4復合材料拉伸斷裂行為時所證實[17]。應該指出，裂紋沿網(wǎng)狀界面處擴展需要不斷發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這必然會增加?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高溫鈦合金的現(xiàn)狀與前景[J]. 王清江,劉建榮,楊銳.  航空材料學報. 2014(04)
[2]非連續(xù)增強鈦基復合材料研究進展[J]. 黃陸軍,耿林.  航空材料學報. 2014(04)
[3]原位自生鈦基復合材料研究綜述[J]. 呂維潔.  中國材料進展. 2010(04)



本文編號：2943989