原位自生TiCp/6061复合材料的组织、硬度及耐磨性能

采用接触反应法制备了原位自生TiCp/6061复合材料,利用XRD和SEM对复合材料进行物相分析及微观形貌观察,用6061铝合金基体材料作为对比,研究了增强粒子含量对复合材料硬度和摩擦磨损行为的影响。结果表明,采用接触反应法,以Ti粉、C粉和Al粉作为生成TiC增强相的原材料,可直接在6061铝合金基体中原位生成TiC颗粒,TiC颗粒呈规则多边形,尺寸为0.5~1μm。随着增强粒子含量的增加,原位自生TiCp/6061复合材料的硬度明显提高,T6热处理后5%(质量分数)的TiCp/6061复合材料的硬度为120.5HBS,比基体6061铝合金提高了28.1%。这是TiC颗粒对6061基体材料的位错强化和细晶强化综合作用的结果。此外,随着增强粒子含量的提高,原位自生TiCp/6061复合材料的耐磨性也增强;T6热处理后,在100 N恒压作用下与GCR15材料对磨300 s,基体6061铝合金失重是5%(质量分数)TiCp/6061复合材料的2倍。其原因在于TiC颗粒含量的提高减小了对磨材料与复合材料的有效接触面积,从而增强了原位自生TiCp/6061复合材料的耐磨性能。

原位自生TiCp/Fe复合材料制备过程中覆盖剂的研究

采用四种覆盖剂熔炼制备原位TiCp/Fe复合材料,并对不同覆盖剂熔炼制备的复合材料Ti元素的烧损进行分析,对其金相组织进行观察。结果表明,采用由草木灰+木炭复合的1#覆盖剂防氧化烧损性能最佳,制备的原位TiCp/Fe复合材料的TiC颗粒多且均匀分布,Ti烧损率仅17.1%。

Ni元素对原位自生TiCp／Fe复合材料组织和性能影响的研究

探讨了Ni元素对TiCp/Fe复合材料组织结构、力学性能及有害相的作用。结果表明,Ni元素对抑制TiCp/Fe复合材料中的石墨有害相有明显的作用,可以显著减少,甚至完全消除TiCp/Fe复合材料中的片状石墨有害相。同时,在Ni元素合金化作用下,TiC增强相数量增多,珠光体片层间距变小,这有效提高了TiCp/Fe复合材料的力学性能。

自生TiC_p/Ti复合材料中TiC的生长习性

利用配位多面体生长基元理论研究了自生TiCp/Ti复合材料中TiC的生长习性.TiC晶体的配位多面体生长基元为TiC6.生长基元进入{100}面时为4个棱边同时联结,生长速率最快;不易显露;进入{111}面时为共面联结,生长速率最慢,容易显露.因此,TiC晶体的理想形态为以{111}面为显露面的八面体.TiC晶胚在熔体中生长时,受传热传质过程的影响,6个顶角所处的{100}方向生长速率加快,形态失稳;从{100}方向顶角部位生长出二次枝晶臂,最终形成棱面枝晶状TiC.如枝晶形成时低生长速度的晶面上形成大量的晶体缺陷,则它们的生长速度加快,棱面消失,成为光滑枝晶.

原位自生Al3Tip/Al复合材料的制备及其拉伸性能

采用直接反应法制备不同Al3Ti含量的Al3Tip/Al原位自生复合材料;分别在室温和高温下测试复合材料的拉伸性能,对比研究了Al3Ti含量和温度对复合材料拉伸性能的影响。结果表明:Al3Ti含量增大,则其抗拉强度和伸长率均明显降低;高温下复合材料的抗拉强度比室温时降低,伸长率反而有所增大。针对此现象,对Al3Tip/Al原位自生复合材料的拉伸断裂机理进行了讨论。

TiC/Ti_3AlC/Ti_3Al三相自生复合材料热应力分析

根据TiC/Ti_3AlC/Ti_3Al三相自生复合材料的结构,建立了热应力分析的4层嵌套模型,推导了热应力计算公式。并利用该模型计算了TiC/Ti_3AlC/Ti_3Al三相复合材料的热应力。计算结果表明:各相及对应界面的法向应变和切向应变均较TiC/Ti_3Al两相结构材料有所降低,这有利于防止材料发生界面脱粘损坏:在Ti_3AlC界相中只产生较小的切向压应力,可大幅度降低Ti_3Al基体相中的切向压应力,有利于防止Ti_3Al基体发生拉裂破坏。对具有包覆结构的TiC/Ti_3AlC/Ti_3Al合金的显微力学性能进行了测试,Ti_3AlC界相的存在,使增强体中心到基体的显微硬度和弹性模量呈梯度变化,有利于应力传递。

Sn对TiCp／Fe复合材料组织与性能影响的研究

采用原位白生合成法制备了TiCp／Fe复合材料。借助光学显微镜及扫描电镜等，研究了Sn对TiCp／Fe复合材料组织和性能的影响。结果表明，随Sn含量增加，组织中片状石墨有害相得到有效抑制，且TiCp／Fe复合材料硬度、抗拉强度和冲击韧性也得到明显提高。分析得出制备TiCp／Fe复合材料的最佳Sn成分为0．1％～0．15％。

Ti_2SnC原位自生TiC_(0.5)增强Cu基复合材料的制备及压缩特性

本文以Ti_2SnC陶瓷为先驱体,利用其高温下与Cu的反应原位自生TiC_(0.5)颗粒增强Cu基复合材料并研究了其压缩特性。通过差热分析、X射线衍射和扫描电子显微镜等手段分析了Ti_2SnC与Cu的反应行为,并探讨了制备工艺对复合材料的物相组成、增强相形貌及材料特性的影响。结果表明,Ti_2SnC与Cu在900°C就开始发生反应,Ti_2SnC中的部分Sn原子逃逸扩散到Cu基体内,留下TiC_(0.5)作为增强相颗粒;随着温度的升高,反应程度加剧;当温度达到1150°C时,Ti_2SnC全部分解,形成亚微米TiC_(0.5)增强Cu(Sn)复合材料。TiC_(0.5)颗粒随保温时间增加而更加均匀地分布在基体内。对于初始Ti_2SnC体积含量为30%的TiC_(0.5)/Cu(Sn)复合材料,保温时间从0 h增加至2 h,其抗压强度和压缩变形率分别从1109 MPa±11 MPa和24.4%±0.6%增加到1260 MPa±22 MPa和28.9%±1.1%。

淬火工艺对原位TiCp/Fe复合材料组织和性能的影响

研究了淬火工艺对原位TiCp/Fe复合材料组织和性能的影响,结果表明:原位自生TiCp/Fe材料经淬火处理后,不仅主要基体组织由片状珠光体转变为针状马氏体,而且析出细小的TiC颗粒;从而使得原位自生TiCp/Fe材料硬度大幅度提高,冲击韧性略有下降。

合金元素Cu对复合材料TiCp/Fe组织与力学性能的影响

采用原位自生合成法制备了Ti Cp/Fe复合材料,研究了Cu含量对Ti Cp/Fe复合材料组织和力学性能的影响。结果表明,随着Cu含量的增加,复合材料组织中片状石墨有害相得到了有效的抑制,使Ti Cp/Fe复合材料的综合力学性能得到了提高。所制备的Ti Cp/Fe复合材料的最佳Cu含量为1.5%左右。

TiC_P/Ti-6Al-4Sn-2Mo-0.2Si复合材料的组织与机械性能

用熔铸法制备了体积分数分别为8%和12%TiC的TiCP/Ti-6Al-4Sn-2Mo-0 2Si复合材料.通过SEM、TEM、XRD等手段研究复合材料的微观组织和断口形貌.TiC颗粒的加入使复合材料的铸态强度比基体有了大幅度的提高,但同时出现了含低体积分数增强相材料的强度和延伸率均比高体积分数材料高的现象,其原因主要来自于铸态下TiC形态的差异,后者组织中存在较多的枝晶状TiC,而前者组织中绝大多数TiC为细小颗圆整颗粒,有利于合金性能的提高.因此自生复合材料中增强相形态对性能影响,有时比体积分数更重要.

原位TiC_p/Fe、VC_p/Fe复合材料在酸环境下的耐腐蚀性研究

采用失重分析、腐蚀形貌观察等试验方法,研究了原位自生TiCp/Fe、VCp/Fe复合材料在酸环境下的耐腐蚀性。结果表明,在常温(25℃)或较高温度(85℃)的0.1%硫酸溶液腐蚀介质中,TiCp/Fe、VCp/Fe复合材料都比45钢和HT250具有更好的耐腐蚀性能,其中VCp/Fe复合材料更为优越。

原位TiC_P/Fe、VC_P/Fe复合材料抗生长性能的研究

研究了原位自生TiCP/Fe、VCP/Fe复合材料的抗生长性能。结果表明,由于TiC、VC颗粒的引入,提高了TiCP/Fe、VCP/Fe复合材料的抗生长性,且都明显优于HT250和45钢,其中,VCP/Fe复合材料的抗生长性更为优越。

原位TiC_P/Fe、VC_P/Fe复合材料的盐腐蚀研究

介绍了原位反应制备TiCP/Fe、VCP/Fe复合材料的方法,采用失重分析、腐蚀形貌观察等试验方法研究了原位自生TiCP/Fe、VCP/Fe复合材料在氯化钠溶液中的耐腐蚀性能。结果表明:(1)TiCP/Fe、VCP/Fe复合材料都比45钢、HT250具有更好的耐腐蚀性能,其中VCP/Fe复合材料更为优越;(2)TiCP/Fe、VCP/Fe复合材料倾向于局部腐蚀破坏,其中增强相与基体的界面优先被腐蚀。

自生Ti_2AlC/TiAl复合材料的组织及反应过程

采用自蔓延燃烧合成及真空电弧熔炼的方法,以碳纤维(Cf)、钛粉及铝粉为原料,合成了Ti2AlC/TiAl复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了复合材料的物相组成和微观结构,讨论了原位合成Ti2AlC的反应和二次Ti2AlC的析出过程。结果表明,复合材料铸锭由Ti2AlC、TiAl和Ti3Al3相组成,基体由α2(Ti3Al)+γ(TiAl)片层和γ(TiAl)等轴晶粒构成,原位自生的Ti2AlC分布均匀,呈短纤维状或颗粒状。1200℃均匀化热处理促使Ti3Al分解为TiAl和Ti2AlC,导致Ti2AlC粗化,同时基体表面析出细小的二次Ti2AlC颗粒。

Cu对原位自生TiC_p/Fe复合材料组织与性能的影响

采用原位自生合成法制备了TiCp/Fe复合材料。借助光学显微镜以及扫描电镜等,探讨了Cu对TiCp/Fe复合材料组织和性能的影响。结果表明,随着Cu含量的增加,TiCp/Fe复合材料组织中片状石墨有害相得到了有效地抑制,且其综合力学性能得到了提高。分析得出制备TiCp/Fe复合材料的最佳Cu含量约为1.5%。

激光熔化沉积Ti60合金和TiC_P/Ti60复合材料的显微组织及高温拉伸性能

通过激光熔化沉积工艺制备出Ti60合金和TiCP(质量分数为5%)/Ti60复合材料薄壁材料,分析了两种材料的显微组织及600℃下的高温拉伸性能。结果表明,激光熔化沉积Ti60合金具有典型的魏氏组织特征,在亚晶界处和α/β界面处存在球形富钕稀土相;TiCP/Ti60复合材料中存在少量未完全熔化的TiC颗粒,熔化析出的TiC相呈断续链状,均匀分布于基体中,TiC与钛合金基体的界面结合良好。在600℃下,TiCP/Ti60复合材料的拉伸强度比Ti60合金提高了65 MPa,而延伸率明显降低。Ti60合金在高温下发生韧性断裂,而TiCP/Ti60复合材料的断口特征比较复杂,既有沿晶断裂和准解理断裂也有局部的韧性断裂。

激光熔化沉积Ti60合金、TiC_p/Ti60复合材料的高温拉伸持久寿命及断裂过程

通过激光熔化沉积工艺制备出Ti60合金和质量分数为5%的TiCp/Ti60复合材料,分析比较了两种材料的微观组织及高温(600℃)拉伸持久性能。结果表明,所沉积TiCp/Ti60复合材料中初生TiC呈树枝晶分布于原始β晶界,共晶TiC呈颗粒状分布于α-Ti板条间,TiC的存在导致基体组织细化。TiCp/Ti60复合材料较基体合金具有更加优异的高温(600℃)拉伸持久寿命,其高温拉伸持久断裂过程为:增强体与基体界面脱粘、α-Ti/β-Ti的界面处微孔形核、长大、横向扩展及连接,最终导致复合材料的失效。

原位生成界面的第一性原理-内聚力建模

激光熔覆技术制造(TiBw+TiCp)/Ti复合材料时颗粒与基体间为原位生成界面,为探究原位生成界面力学性能,用第一性原理和内聚力模型计算具体的界面结合强度。用Abaqus建立压缩模型,导入计算出的界面结合强度,分析其颗粒形貌的变化,并对不同应变率下的压缩试验进行验证。结果表明:位于剪切带上的TiB颗粒断裂,TiC颗粒尺寸较小且为球形,无显著变化。