【摘要】：提出了一種基于共晶轉(zhuǎn)變形成液相的半固態(tài)燒結(jié)新技術(shù),通過調(diào)控共晶轉(zhuǎn)變的相組成(或共晶液相的含量),利用半固態(tài)燒結(jié)共晶復(fù)相系非晶粉末成功制備出高強(qiáng)韌新型雙尺度結(jié)構(gòu)Ti_(52.1)Fe_(21.7)Co_(8.2)Nb_(12.2)Al_(5.8)合金。其雙尺度結(jié)構(gòu)為超細(xì)晶bcc β-Ti和超細(xì)晶bcc Ti(Fe,Co)構(gòu)成的層片共晶基體包圍細(xì)晶等軸狀fcc Ti_2(Co,Fe)第二相,與目前文獻(xiàn)報道的雙尺度結(jié)構(gòu)明顯不同。該雙尺度結(jié)構(gòu)合金具有超高的屈服強(qiáng)度(2050 MPa)和較大的塑性應(yīng)變(19.7%),綜合性能優(yōu)于目前文獻(xiàn)報道的雙尺度結(jié)構(gòu)鈦合金。
【圖文】：

處理，熔煉過程重復(fù)5~6次確保成分均勻化，隨后銅模吸鑄獲得直徑8mm的試樣用于檢測分析。對于3種工藝制備的塊體合金，線切割出不同尺寸的樣品，機(jī)械研磨至2000#并金相拋光，采用Kroll腐蝕液金相腐蝕后備用。采用D/MAX-2500/PCXRD測定合金相組成，采用XL-30FEG掃描電子顯微鏡(SEM)及TecnaiG2F30TEM觀察合金組織形貌及微區(qū)成份分析。通過MTSTestStar810萬能試驗機(jī)測試合金力學(xué)性能，試樣直徑3mm，長6mm，應(yīng)變速率5×10-4s-1。采用引伸計測定應(yīng)變，每個測試結(jié)果取3次測試結(jié)果的平均值。2實驗結(jié)果與分析圖1為球磨終態(tài)合金粉末的HRTEM像及其Fourier變換(FFT)譜。由圖可見，合金粉末包含有大量非晶相與少量納米b-Ti。圖2為球磨終態(tài)合金粉末的DSC曲線及原位XRD譜。從DSC曲線上可以看到一個明顯的非晶晶化放熱峰，其焓變DHx為-2.215kJ/mol。同時，1100和1215℃的2個吸熱峰證實了基于共晶轉(zhuǎn)變的半固態(tài)現(xiàn)象的存在。采用非晶合金粉末作為原材料制備塊體合金具有以下優(yōu)勢：(1)非晶粉末在其晶化過程中具有黏性流變行為[21]，有利于低溫條件下加速致密化，從而實現(xiàn)近全致密；(2)相同燒結(jié)溫度下非晶粉末必然具有較同成分晶態(tài)合金粉末更短的晶粒長大時間，因而有利于實現(xiàn)細(xì)晶化[22~24]；(3)由于熱力學(xué)和動力學(xué)條件的均勻性，非晶晶化形成的晶粒傾向于形成具有高角晶界和實現(xiàn)等軸晶化[22~24]；(4)基于非晶晶化理論，通過調(diào)控晶化過程中晶粒的形核長大方式[25~27]，，有利于實現(xiàn)細(xì)晶化和結(jié)構(gòu)復(fù)合化[28~30]；(5)非晶晶化后細(xì)晶化的晶粒分布均勻，有利于某兩相優(yōu)先共晶轉(zhuǎn)變的均勻化，進(jìn)而有利于共晶轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的液相均勻化。根據(jù)圖2的原位XRD譜分析可以看出：室溫時只存在1個平滑的漫散峰，再次證明了球磨終態(tài)合

金屬學(xué)報53卷衍射斑點晶帶軸分別為b-Ti[1ˉ11]、Ti(Fe,Co)[1ˉ11]和Ti2(Co,Fe)[011]。通過對吸鑄合金分析可知(圖5b)，其b-Ti和Ti(Fe,Co)層片共晶組織層片寬度大約150~200nm，兩相對應(yīng)的選區(qū)電子衍射斑點晶帶軸均為bcc[001]。與固態(tài)燒結(jié)和吸鑄試樣形貌截然不同的是，半固態(tài)燒結(jié)雙尺度結(jié)構(gòu)試樣微觀組織(圖5c和4b)為超細(xì)晶b-Ti和超細(xì)晶Ti(Fe,Co)構(gòu)成的層片共晶基體包圍細(xì)晶等軸狀Ti2(Co,Fe)相，其中共晶層片寬度大約為150~300nm，等軸狀Ti2(Co,Fe)相尺寸約為1~10mm。其中，圖5c和d分別對應(yīng)圖4b中的區(qū)域1和2，其組織形貌分別為細(xì)晶等軸狀Ti2(Co,Fe)第二相和超細(xì)晶層片共晶基體。選區(qū)電子衍射斑點(圖5e)分析表明，半固態(tài)燒結(jié)雙尺度結(jié)構(gòu)試樣中b-Ti層片與Ti(Fe,Co)層片晶帶軸為[001]，其相界近似成共格關(guān)系，位向關(guān)系是(200)b-Ti//(200)Ti(Fe,Co)和[001]b-Ti//[001]Ti(Fe,Co)。而與此形成鮮明對比的是，吸鑄試樣共晶界面為非共格關(guān)系。由于共格界面使層片共晶基體更為穩(wěn)定，因而半固態(tài)燒結(jié)雙尺度結(jié)構(gòu)試樣的力學(xué)性能將會得到大幅提升[36]。此外，細(xì)晶Ti2(Co,Fe)第二相的晶帶軸為[1ˉ12]。通過圖5e和f中的標(biāo)尺與正倒空間之間的相互關(guān)系，可計算出半固態(tài)燒結(jié)雙尺度結(jié)構(gòu)試樣中b-Ti、Ti(Fe,Co)和Ti2(Co,Fe)的點陣參數(shù)分別為0.3189、0.2867和1.2972nm。固態(tài)燒結(jié)、半固態(tài)燒結(jié)和吸鑄3種方法制備的Ti52.1Fe21.7Co8.2Nb12.2Al5.8塊體合金的力學(xué)性能數(shù)據(jù)匯總于表1，其壓縮工程應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖6所示。具體的。由于固態(tài)燒結(jié)合金中3種組成相均勻分布，且其延性b-Ti相對低的含量(圖3)及其不連續(xù)的分布形態(tài)(圖4a和5a)，使其呈現(xiàn)出較差的斷裂塑性[34,35]。與文獻(xiàn)[8]報道的研?
【作者單位】： 華南理工大學(xué)國家金屬材料近凈成形工程技術(shù)研究中心 吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
【基金】：國家自然科學(xué)基金項目Nos.51574128和51627805 廣東省自然科學(xué)基金研究團(tuán)隊項目No.2015A030312003~~
【分類號】：TF125.22

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉允中;李志龍;顧才鑫;;7050鋁合金半固態(tài)壓縮變形行為及組織演變[J];金屬學(xué)報;2013年12期

2 李元元;楊超;李小強(qiáng);陳友;;放電等離子燒結(jié)-非晶晶化法合成鈦基塊狀非晶復(fù)合材料[J];中國有色金屬學(xué)報;2011年10期

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李安;劉世鋒;王伯健;張朝暉;劉全明;;放電等離子燒結(jié)金屬多孔材料研究現(xiàn)狀[J];粉末冶金技術(shù);2017年05期

2 龔文源;張貴杰;鄭小平;田亞強(qiáng);宋進(jìn)英;陳連生;;熱軋壓下率對7075合金半固態(tài)顯微組織的影響[J];金屬熱處理;2017年10期

3 肖寒;李乃擁;李通;趙斌;段志科;邱集明;;半固態(tài)銅合金壓縮變形力學(xué)行為及顯微組織[J];特種鑄造及有色合金;2017年06期

4 肖寒;李乃擁;邱集明;盧德宏;周榮鋒;蔣業(yè)華;;充型量對半固態(tài)銅合金鑄造充型組織的影響[J];鑄造;2017年05期

5 康利梅;楊超;李元元;;半固態(tài)燒結(jié)法制備高強(qiáng)韌新型雙尺度結(jié)構(gòu)鈦合金[J];金屬學(xué)報;2017年04期

6 肖寒;陳澤邦;李勇;盧德宏;周榮鋒;周榮;;單向壓縮半固態(tài)銅合金的顯微組織演變[J];中國有色金屬學(xué)報;2016年12期

7 吳書舟;易幼平;黃始全;李俊;李晨;;7050鋁合金淬火敏感性研究和微觀組織分析[J];金屬學(xué)報;2016年12期

8 李春曉;鄭小平;趙丹;田亞強(qiáng);宋進(jìn)英;陳連生;;預(yù)變形量對7075合金半固態(tài)組織與性能的影響[J];金屬熱處理;2016年02期

9 陳友;;放電等離子燒結(jié)技術(shù)及其國內(nèi)專利申請分析[J];企業(yè)技術(shù)開發(fā);2015年21期

10 李春曉;趙丹;鄭小平;田亞強(qiáng);宋進(jìn)英;陳連生;;SIMA法工藝參數(shù)對7075鋁合金半固態(tài)組織的影響[J];熱加工工藝;2015年11期

【二級參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳維平;伍雪梅;楊超;呂瑛;屈盛官;陳敏丹;;放電等離子燒結(jié)合成晶化相增強(qiáng)的塊狀Ti_(66)Nb_(18)Cu_(6.4)Ni_(6.1)Al_(3.5)細(xì)晶復(fù)合材料[J];中國有色金屬學(xué)報;2011年06期

2 陳友;梁甲宏;楊超;李小強(qiáng);肖志瑜;李元元;;放電等離子燒結(jié)-非晶晶化法合成Ti_(70)Nb_(7.8)Cu_(8.4)Ni_(7.2)Al_(6.6)復(fù)合材料[J];中國有色金屬學(xué)報;2011年06期

3 張哲峰;伍復(fù)發(fā);范吉堂;張輝;;非晶合金材料的變形與斷裂[J];中國科學(xué)(G輯:物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué));2008年04期

4 楊俊逸;李小強(qiáng);郭亮;陳維平;李元元;;放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)與新材料研究[J];材料導(dǎo)報;2006年06期

5 毛衛(wèi)民,殷愛美,鐘雪友;半固態(tài)AZ91D鎂合金的壓縮變形研究[J];金屬學(xué)報;2005年05期

6 翟秋亞,袁森,蔣百靈;AZ91鎂合金的SIMA法半固態(tài)組織特征[J];中國有色金屬學(xué)報;2005年01期

7 姚亮宇,袁森,王武孝,蔣百靈,唐文亭;SIMA法處理AZ91D鎂合金壓縮形變及半固態(tài)等溫組織的特征[J];中國有色金屬學(xué)報;2004年04期

8 吉澤升,李慶芬,劉兆晶,鄭小平,路維;應(yīng)變誘發(fā)AZ91D鎂合金半固態(tài)組織形態(tài)及形成機(jī)理[J];中國有色金屬學(xué)報;2003年05期

9 楊雄飛,康永林,宋仁伯,毛衛(wèi)民,楊卯生;60Si2Mn半固態(tài)壓縮變形組織演變[J];中國有色金屬學(xué)報;2000年S1期

10 郭鈞,丁志勇,謝水生,黃聲宏;半固態(tài)Al-6.6%Si合金的變形行為[J];中國有色金屬學(xué)報;2000年S1期

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 孫啟浩;基于渣膜熱流模擬儀對固態(tài)渣膜輻射傳熱特性的研究[D];重慶大學(xué);2017年

本文編號：2527558