TiCp/W及ZrCp/W复合材料的组织结构与性能

设计并采用热压烧结的方法成功制备了TiCP/W和ZrC_p/W两个系列碳化物颗粒增强钨基新型复合材料,并对其组织结构、室温力学性能及高温力学性能进行了系统研究。结果表明,复合材料体系的组元间有很好的热力学相容性和化学相容性;在异相界面处发生了W原子向TiC和ZrC晶格的扩散,分别形成了(Ti,W)C和(Zr,W)C固溶体,促进了两相界面结合和复合材料的致密化。碳化物颗粒的加入强烈阻碍了W晶粒的长大,并显著提高了复合材料的室温和高温力学性能。复合材料的抗弯强度和抗拉强度均随着试验温度的升高先增大后减小,在800～1400℃时出现峰值,而抗压强度则随着温度的升高而单调下降。室温强化机制是细晶强化和第二相弥散强化,高温强化机理有:位错强化、细晶强化、界面强化及碳化物颗粒的弥散强化。

ZrC_P/W复合材料的等离子烧蚀行为

采用等离子烧蚀装置对ZrCP/W复合材料的烧蚀性能进行了研究。结果表明:ZrCP/W复合材料的线烧蚀率随ZrC含量和烧蚀时间的增加而增大。烧蚀后,在试样表面形成了烧蚀坑和熔融层,熔融层的厚度达到1mm左右。在烧蚀过程中,烧蚀层中的物相发生了化学反应,并生成了新相。复合材料的主要烧蚀机制是以熔化烧蚀为主,兼有热化学烧蚀。

ZrC_p/W复合材料在发动机试车条件下的热震烧蚀行为

采用热压烧结法制备了ZrCp/W复合材料环形试样,测试了该复合材料试样在发动机试车条件下的热震烧蚀性能。结果表明:ZrCp/W复合材料具有良好的抗热震和耐烧蚀性能,试验后试样整体结构完好,未出现炸裂和破碎的现象,线烧蚀率仅为-0.05mm/s。该复合材料的主要烧蚀机制是机械剥蚀,此外还有熔化烧蚀和热化学烧蚀。

30ZrC_P/W复合材料的高温压缩变形流变应力行为

在Gleeble-1500D热模拟实验机上对30ZrCp/W复合材料进行高温压缩实验,变形温度和应变速率分别为800℃～1 200℃和10-3 s-1～1 s-1,研究其高温压缩变形的流变应力行为.研究表明:随变形温度升高,复合材料的流变应力下降,在10-3s-1和1 200℃下,抗压强度为948.7 MPa.在800℃下发生伪塑性变形,未达到预设变形量,真应力-真应变曲线上表现出的塑性为伪塑性,其是由微裂纹的萌生-钝化引起的.随变形温度升高,复合材料发生动态回复再结晶.随应变速率升高,真应力-真应变曲线形状从'锯齿'型向'平滑'型转变.复合材料对应变速率不敏感,随应变速率升高,复合材料的流变应力略有升高.在800℃和1 s-1下,复合材料的抗压强度为1 176.9 MPa.用Arrhenius方程描述复合材料在1 000℃～1 200℃的热变形行为,变形激活能为811.4 kJ/mol.

钎焊时间对TZM合金与ZrC_p-W复合材料接头界面组织及性能的影响

采用Ti-28Ni(质量分数,%)钎料在1 040℃实现了TZM合金与Zr Cp-W复合材料的真空钎焊连接,分析了钎焊时间对TZM合金与Zr Cp-W复合材料接头界面组织及力学性能的影响.结果表明,钎焊接头的典型界面结构为TZM/Ti(s,s)/Ti2Ni/(Ti,Zr)C+W(s,s)/Zr Cp-W,钎缝宽度随保温时间的延长而增大,其中Ti(s,s)层的厚度没有变化,Ti2Ni层厚度略有降低,而扩散层厚度随保温时间的延长稍有增加.当保温时间为10 min时,接头获得最大抗剪强度值120 MPa,接头断裂发生在TZM母材.

ZrC颗粒增强钨基复合材料的高温断裂行为

运用扫描电镜 (SEM)研究了 Zr C颗粒增强钨基复合材料 (Zr Cp/W,Zr C颗粒体积分数为 30 % )在 10 0 0℃高温的断裂行为。结果表明 :高温下 ,复合材料断裂过程是“微裂纹萌生—裂纹连接长大—裂纹快速扩展—材料断裂”;复合材料中的 Zr Cp 为脆性断裂 ,W基体有韧性断裂迹象 ;随温度升高 ,W基体发生了脆塑转变 ,W基体的塑性在一定程度上延缓了裂纹的扩展速率 ,降低了材料对裂纹的敏感性 ,基体在断裂前发生一定塑性变形而使变形抗力提高 ,并且硬质 Zr C颗粒阻碍了 W基体的塑性变形 ,从而使基体的位错强化和颗粒的载荷传递作用得以充分发挥 。

高温退火对20vol%ZrC_P/W复合材料组织和力学性能的影响

为了改善复合材料的力学性能,对2200℃热压烧结后的20vol%ZrCP/W复合材料进行了高温退火处理,退火工艺为2300℃×60min。结果表明,高温退火后,复合材料几乎达到了完全致密化,W2C相的生成量增多,复合材料中的缺陷减少,ZrC颗粒和W的晶粒尺寸增大。复合材料的弹性模量和维氏硬度变化很小,断裂韧性略有增大,而抗弯强度则急剧下降,这可能与晶粒尺寸增大和杂质元素在晶界的偏聚有关。

TiZrNiCu钎料钎焊TZM合金与ZrC_p-W复合材料界面组织与性能

采用TiZrNiCu非晶钎料实现了TZM合金与ZrCp-W复合材料的真空钎焊连接,通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）及X射线衍射（XRD）等方法分析了接头界面的微观组织结构、生成产物及钎焊温度对界面组织及接头性能的影响,确定了接头的断裂位置和断裂方式。研究结果表明：钎焊接头的典型界面结构为TZM/Mo（s,s）＋Ti（s,s）＋（Ti,Zr）2（Ni,Cu）/Ti（s,s）＋（Ti,Zr）2（Ni,Cu）/（Ti,Zr）2（Ni,Cu）/ZrCpW。随钎焊温度升高,TZM一侧扩散层逐渐变宽,其内部的线状条纹变多、增宽,而钎缝逐渐变窄,靠近ZrCp-W一侧反应层宽度变化不大,钎料向TZM一侧扩散增快、Mo及W颗粒向钎料中的溶解加快。接头的抗剪强度随钎焊温度升高先升高后降低,当钎焊温度为1020℃、保温10 min时,接头获得最大抗剪强度为121 MPa。断口分析表明,断裂位置位于TZM母材与钎缝之间的反应层,断裂方式为脆性断裂。

Ti-50Ni钎焊TZM与ZrC_p-W接头界面组织及性能

采用Ti-50Ni(at%)钎料实现了TZM合金与ZrC_p-W复合材料的真空钎焊连接,通过SEM、EDS、XRD等方法分析了接头界面的微观组织结构,研究了钎焊温度对TZM/Ti-50Ni/ZrC_p-W接头界面组织及性能的影响。结果表明:钎焊接头的典型界面结构为TZM/Ti-Mo+TiNi_3+Mo-Ti-W/Ti Ni+TiNi_3+W(s,s)+(Ti,Zr)C/ZrC_p-W。随着钎焊温度的升高,Ti-Mo固溶体层宽度逐渐增大,线状条纹增多、增宽,组织逐渐粗大,晶界变圆滑;接头的抗剪强度随钎焊温度升高先升高后降低,当钎焊温度为1340℃,保温10 min时,接头获得最大抗剪强度为146 MPa。

高温高强钨铼合金Gleeble热力模拟试验方法探讨

钨铼合金具有高熔点、高强度、高硬度、高再结晶温度等特点,作为结构材料广泛应用在特殊高温领域。针对采用Gleeble热力模拟试验机研究新型钨铼合金材料的高温热变形行为,存在热电偶焊接困难、钨铼合金强度高于碳化钨压头等问题,通过埋线法和耐高温无机胶固定热电偶,采用粉末热压烧结工艺制备碳化锆颗粒增强钨基复合材料作为高温高强压头进行解决,获得了钨铼合金在1500℃、应变速率1s^(-1)时压缩真应力-真应变曲线。该方法可用于测量钨铼合金真实高温强度,为钨铼合金工业生产过程中的热变形工艺参数确定提供准确数据。