SiCf/Ti60复合材料预制体热等静压致密化过程数值模拟

采用有限元方法对SiCf/Ti60复合材料预制体的热等静压致密化过程进行了模拟研究,研究分析了预制体中先驱丝排布方式、SiC纤维的体积分数和热等静压工艺参数对复合材料预制体致密化行为的影响。结果表明,SiCf/Ti60复合材料预制体在热等静压致密化过程中呈现出4个阶段特征;先驱丝堆垛排布方式对预制体的致密化行为有一定的影响,但在致密化的最后阶段,四方和六方排布方式下的致密度趋于相同;增大SiC纤维的体积分数可使热等静压前期的致密度略有增加,但使热等静压后期的致密度略有减小;增大升温速率可较显著缩短预制体完全致密化的时间,而提高升压速率仅少量增加预制体的致密度。

枝晶增强Ti基复合材料的显微组织与力学性能

采用铜模吸铸法在TiNiCuSn合金系中添加难熔金属Nb,制备出了d3 mm Ti60Cu14Ni12Sn4Nb10棒状多相复合材料。对该合金的显微组织特征和相组成进行了分析,并对其室温压缩性能进行了测试。研究结果表明,Ti60Cu14Ni12Sn4Nb10的显微组织主要由β-Ti枝晶相、纳米晶化相和少量非晶相组成。该合金在室温下表现出较好的综合力学性能,其抗压断裂强度可达1.71 GPa,断裂应变约为17.7%,弹性模量为116 GPa。合金的断口分析结果表明,由于产生了塑性枝晶相,因此该合金具有较高塑性。

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.

热压烧结钛合金复合材料的热机械加工行为研究

采用低能球磨和热压烧结工艺制备了Ti B_w/Ti60复合材料,在Gleeble 3500热模拟试验机上进行了热机械加工变形试验,绘制了流变应力-应变曲线,建立了压缩本构方程,表征了不同压缩变形工艺参数的复合材料的显微组织。结果表明,Ti B_w/Ti60复合材料相变点为1 050~1 075℃;在压缩变形温度为950、1 000、1 050和1 100℃时,Ti B_w/Ti60复合材料的高温压缩应力-应变曲线中均无流变失稳现象,随着压缩变形温度的升高和应变速率的减小,稳态流变应力和峰值流变应力不断降低。

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。

3D网状结构TiBw/Ti60复合材料高温力学性能

利用反应热压技术制备了3D网状结构Ti Bw/Ti60复合材料,对复合材料在600~750℃范围内的高温力学性能进行了测试。结果表明,与Ti60合金相比,3D网状结构Ti Bw的原位形成显著提高了复合材料高温强度。在600、650、700和750℃,5.1%（体积分数）Ti Bw/Ti60复合材料的抗拉强度相比Ti60合金分别提高了42.5%、39.9%、35%和13.2%,而延伸率在各温度下均低于基体合金。网状结构复合材料断裂时形成的主裂纹沿网状界面处扩展,且断裂机制随实验温度增加而改变。

SiC_f/Ti60复合材料的热稳定性

对采用磁控溅射先驱丝工艺制备的SiC_f/Ti60复合材料进行不同温度下长时间热暴露实验,分析了热等静压态和热暴露态复合材料界面区结构稳定性及元素扩散规律。研究结果表明,SiC纤维中C、Si元素和Ti60基体中Ti及其它合金元素进行互扩散;界面反应层主要产物为Ti C,Ti C层外侧环绕着一层硅化物;基体中的Ti C主要集中分布在α钛晶界处。SiC_f/Ti60复合材料反应层厚度长大受扩散控制并与温度的关系遵循阿伦尼乌斯规律,界面反应层长大指数因子为2.27×10^(-4) m/s^(1/2),界面反应层长大激活能为118 k J/mol。

TiZrNiCu-B/Ti60润湿性及其与TiBw-TC4钎焊研究（英文）

采用座滴法在真空下研究了硼含量对TiZrNiCu/Ti60润湿性的影响,且在940℃保温10 min条件下实现了其与TiBw-TC4的钎焊。通过SEM、XRD以及剪切实验研究了界面显微组织及剪切力学性能。结果表明,添加B元素可以与Ti原位合成TiBw,从而细化界面的显微组织。当B质量分数为0.3%时,TiBw-TC4/TiZrNiCu-B/Ti60接头的最大抗剪切强度为177 MPa,比无B的接头强度高65%。然而,过量的B含量使TiZrNiCu-B在Ti60合金基体上产生大量的TiBw,导致润湿性恶化,在钎焊接头形成微孔和未焊合区域,从而使抗剪切强度下降。

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。