TiB_(2)颗粒增强6061铝合金的组织及力学性能

TiB_(2)颗粒对铝合金有良好的强化作用。通过超声辅助重熔稀释法制备TiB_(2)/6061复合材料,研究了TiB_(2)颗粒对铸态及挤压T6热处理态6061铝合金的微观组织及力学性能的影响。研究结果表明:添加2wt%TiB2颗粒后,铸态平均晶粒尺寸从未添加TiB_(2)的355.7μm细化至117.5μm;TiB_(2)颗粒可以促进再结晶过程中的形核,并抑制晶粒长大;挤压热处理态TiB_(2)/6061复合材料的屈服强度为330 MPa、抗拉强度为385 MPa,相比未添加TiB_(2)的合金分别提高了11.8%和7.0%,其主要强化方式为热错配强化和Orowan强化。

原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的性能研究

针对传统铝合金无法满足工业和民用中对高强高导铝合金需求的问题,开发一种提升铝合金表面硬度且保证其导电导热性能的新型铝基复合材料。通过机械合金化法制备了Al-TiO_(2)-B混合粉末,采用放热弥散结合接触反应技术成功原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料,探究了原始粉末Al-TiO_(2)-B体系反应生成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的反应机理及反应温度对原位反应的影响,分析了铝基复合材料的微观组织形貌以及表面显微硬度和导电导热性能。XRD分析结果表明,反应温度达到1100℃保温200 min后,原始粉末Al-TiO_(2)-B体系中的TiO_(2)和B粉末完全反应,并且在反应过程中B粉抑制了中间产物Al3Ti和AlB2的生成,最终原位生成为Al_(2)O_(3)和TiB_(2)颗粒混杂增强的铝基复合材料。显微组织观察表明,在铝基体中原位生成了TiB_(2)颗粒(直径小于1μm)和Al_(2)O_(3)颗粒(粒径约为2μm),且铝基复合材料表面组织均匀致密。原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)混杂颗粒增强铝基复合材料的电导率为46.1%IACS,热导率约为198.5 W·m-1·K-1,显微硬度较传统A356铝合金的68 HV提升至76 HV,新型原位合成铝基复合材料在保证导电导热性能的前提下提升了铝基复合材料的显微硬度。

电磁搅拌电流对铸态TiB_(2)颗粒增强建筑结构钢性能的影响

为了提高建筑结构钢的性能,采用添加TiB_(2)颗粒的方式对其加强。分析立式电磁搅拌模式下电流对其微观组织及力学性能的影响,同时研究了强对流状态下的颗粒分布形态。研究结果表明:经电磁搅拌处理后,形成了相近的X射线衍射曲线。随着电流增加,初生TiB_(2)颗粒数量明显增加,表明电磁搅拌作用对细化试样中的TiB_(2)颗粒具有明显效果。当电流提高后,TiB_(2)初生相颗粒平均粒径发生了降低。高度增大后,硬度也随之升高,存在由于重力因素产生的宏观偏析情况。经电磁搅拌处理后,各高度处硬度更加接近,获得更均匀的硬度分布状态。以100 A电流制得的试样拉伸强度为451 MPa,相对于无搅拌条件下的拉伸强度提高了72%。提高电流后,合金的拉伸强度和伸长率获得了提升。

Sc掺杂TiB_(2)/6061复合材料热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3800热模拟试验机对0.2%Sc-2%TiB_(2)/6061复合材料进行热压缩实验,研究了该材料在变形温度为623~773 K、应变速率为0.001~1 s-1条件下的热变形行为,基于应力应变曲线,构建了材料的本构方程及热加工图。结果表明:0.2%Sc-2%TiB_(2)/6061复合材料的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,材料的热变形激活能为227.751 kJ/mol;在热压缩过程中,失稳区主要出现在高应变速率区域(663~773 K,0.132~1 s-1)及低温区域(623~655 K,0.001~0.040 s-1),最优的热加工区域为变形温度703~773 K、应变速率0.017~0.107 s-1。热变形过程中该材料的软化机制主要为动态回复。

Cr含量对TiB_(2)/FeCr基复合材料显微组织和高温氧化行为的影响

采用原位合成法制备了TiB_(2)/Fe_(x)Cr基(x=0、4、10、16、22、28,质量分数/%)复合材料,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法,对TiB_(2)/FeCr基复合材料的显微组织和高温氧化行为进行表征分析。当Cr含量为22%时,复合材料呈现出优异的抗高温氧化性能,其富Cr细密片层状TiB_(2)在900℃氧化过程中促进了连续Cr_(2)O_(3)/TiO_(2)混合层的形成,获得了金红石型TiO_(2)表层、致密Cr_(2)O_(3)中间层和Cr_(2)O_(3)/TiO_(2)混合层的三层阻隔结构,有效地抑制了钛离子和氧离子的扩散。

冷却速度和Ni对铸造Fe-TiB2钢陶瓷颗粒析出规律的影响

采用真空电弧熔炼工艺制备了Fe-TiB2颗粒增强钢,研究了亚快速冷却速度和Ni对TiB颗粒析出规律的影响。结果表明:Fe-TiB2钢的铸造组织均为α-Fe和TiB两相组织。在亚快速冷却铸造条件下,TiB相不能完全析出。初生TiB陶瓷相为粗大的带尖角块状颗粒,共晶TiB陶瓷相为细小、不规则条状形貌。初生TiB陶瓷相体积分数随冷却速度的降低而降低,共晶TiB陶瓷相的体积分数随之增加。Fe-Ti-B三元系钢铸造过程中存在δ-Fe铁素体和TiB初生相的先共晶相变过程。Fe-Ni-Ti-B四元系钢中的Ni则抑制了初生TiB相及δ-Fe铁素体的高温析出,促进了γ-Fe和TiB共晶转变,因而显著改变了室温铸造组织的组成和TiB陶瓷颗粒增强相的分布特征。

钛活化预制坯制备Al_2O_3p/45钢复合材料的摩擦磨损性能

研究了挤压铸造制备的5%Ti-Al2O3p/45钢复合材料和Al2O3p/45钢复合材料在不同转速和压力下的摩擦磨损性能。结果表明：两种复合材料的磨损量均随转速和压力的增加而增大,且前者的磨损量更低,其原因是钛在Al2O3颗粒表面生成TiC涂覆层,增强了Al2O3颗粒与45钢基体的界面结合性能,提高了复合材料的耐磨性能;两种复合材料的摩擦因数相当,在0.58~0.92之间,且均随转速和压力的增大而减小。

电磁搅拌对TiB2颗粒增强钢组织和力学性能的影响

在立式线型电磁搅拌器的作用下凝固制备TiB2颗粒增强钢,研究了电磁搅拌对组织中的颗粒形态和尺寸分布,以及对材料的Vickers硬度分布和拉伸力学性能的影响。结果表明,电磁搅拌有效地细化了颗粒增强钢中的初生TiB2颗粒尺寸,颗粒平均尺寸随励磁电流的上升而逐步减小。较高的励磁电流下颗粒的分布更均匀弥散,且去除了颗粒周围的裂缝缺陷。电磁搅拌降低了TiB2颗粒增强钢的宏观偏析,减小了铸锭中不同高度组织的硬度差。较大的励磁电流有助于提高材料的平均硬度,在350 A励磁电流下硬度达到275 HV。电磁搅拌可提高TiB2颗粒增强钢的抗拉强度和断裂应变,励磁电流为350 A时,抗拉强度达到520.2 MPa,断裂应变约为8.5%。颗粒细化的主要原因是受到电磁搅拌下的熔体流动冲击和电磁力的作用。理论分析了颗粒所受电磁力的影响因素,电磁力随磁场强度升高而增大,随熔体温度的上升而减小,随颗粒尺寸的增加而增大。

混杂增强(CNTs+TiB_(2))/Cu复合材料的制备与性能

以碳纳米管(CNTs)和TiB_(2)颗粒作为Cu基复合材料的增强相,研究了不同体系复合材料的组织和性能。首先利用球磨、表面吸附和热压烧结相结合技术制备具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,改善了CNTs在Cu基复合材料中的易团聚问题。CNTs/Cu复合材料的致密度和导电率随CNTs含量增加而降低,抗拉强度和伸长率随CNTs含量增加先升高后降低,当CNTs含量为0.1%(质量分数,下同)时综合性能最优,致密度、导电率和抗拉强度分别为97.57%、91.2%IACS和251 MPa。而球磨后热压烧结的1%TiB_(2)/Cu复合材料致密度、导电率和抗拉强度分别为97.61%、58.3%IACS和436 MPa。在此基础上,将TiB_(2)颗粒原位引入到具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,制备获得混杂增强的(CNTs+TiB_(2))/Cu复合材料。相比单一CNTs(或TiB_(2))增强的Cu基复合材料,(CNTs+TiB_(2))/Cu复合材料的强度提升显著。其中,(0.1%CNTs+1%TiB_(2))/Cu复合材料的导电率和抗拉强度分别为56.4%IACS和531 MPa,相比1%TiB_(2)/Cu,其导电率仅降低3.3%,而抗拉强度则升高21.8%。这主要是由于片层间CNTs可起承担和传递载荷的作用,同时片层间弥散分布的TiB_(2)颗粒可以钉扎位错,2种强化机制的共同作用使(CNTs+TiB_(2))/Cu复合材料的抗拉强度显著提升。

过量Ti对TiB_(2p)/Fe-Cr复合材料组织和高温氧化行为的影响

采用原位自生法制备了TiB_(2p)增强Fe-Cr基复合材料,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法对比分析了两种TiB_(2p)/Fe-Cr基复合材料的显微组织和高温氧化行为。结果表明,过量Ti (6%)添加能有效地消除(Fe, Cr)_(2)B中间相,使TiB_(2p)形态从花瓣状转变为规则的多边形,显微硬度(HV_(0.5))从400大幅提升至860,断裂韧度从2.91 MPa·m^(1/2)提升至5.47 MPa·m^(1/2)。但是,粗大初生TiB_(2p)与基体的界面提供了氧扩散通道,表面氧化层由双层结构(金红石型TiO_(2)外层+Cr_(2)O_(3)过渡层)转变成三层结构(金红石型TiO_(2)外层+Cr_(2)O_(3)过渡层+TiO_(2)内层),导致900℃下抗氧化性能显著下降,氧化量增益率提升了307.4%。