原位自生(TiB+La2O3)-TC4鈦基復合材料的微觀組織和力學性能.pdf

1、鈦基復合材料因綜合性能優(yōu)于鈦合金而具有更廣闊的發(fā)展前景。其中,原位合成TiB和稀土氧化物增強的鈦基復合材料因高溫力學性能優(yōu)異已有較多研究。然而在材料制備過程中原位反應機理以及稀土氧化物增強體的形成機制尚待進一步討論。本文針對原位自生(TiB+La2O3)/TC4鈦基復合材料,研究了增強體添加方式對材料微觀組織和力學性能的影響規(guī)律,為原位自生反應的機理性研究與工藝優(yōu)化提供理論支持。
　　本文分別通過Ti+LaB6中間合金和Ti+B+

2、La單質兩種增強體添加方式,利用真空自耗電弧熔煉-熱加工-熱處理工藝,原位合成了不同增強體含量的(TiB+La2O3)/TC4鈦基復合材料。復合材料的基體組織為網籃組織,TiB增強體為短纖維狀,La2O3則有兩種形貌:短纖維狀初生La2O3和細小彌散的二次析出La2O3。相比而言,Ti-B-La體系因La單質熔點低、活性高,在熔煉時易優(yōu)先氧化而形成較多初生 La2O3,并因 La2O3具有 A-M2O3結構而生長為高長徑比的短纖維狀;T

3、i-LaB6體系中的La元素則大部分在在鈦基體α/β轉變時析出,并奪取基體中的氧形成較多二次析出 La2O3。隨著增強體含量的增多,增強體的尺寸相應增加,TiB的長徑比隨B含量的提高而略有下降,而 La2O3的長徑比隨 La含量的提高而增加。熱力學計算的結果表明,基體 TC4中的合金化元素Al可促進Ti-B-La體系增強體的形核從而細化增強體尺寸,因此,Ti-B-La體系材料中的TiB和La2O3長徑比高于Ti-LaB6體系材料,同時未

4、形成異常粗大的初生La2O3。
　　材料在室溫和高溫下的斷裂方式均為韌性斷裂。隨著增強體含量的提高,復合材料的強度上升而塑性下降。隨著拉伸溫度的上升,復合材料的抗拉強度逐漸下降,當拉伸溫度達到500℃時,復合材料的抗拉強度顯著下降。當增強體含量與拉伸溫度相同時,由于Ti-B-La體系材料中TiB和初生La2O3增強體的平均長徑比要高于Ti-LaB6體系中增強體的平均長徑比,因而在室溫與高溫拉伸時 Ti-B-La體系材料的增強體具有