论文部分内容阅读
自生钛基复合材料是一种新型的轻质耐高温材料，在航空航天及汽车制造等领域具有广泛的应用前景，因此有必要对其制备工艺、显微组织及力学性能进行系统的研究。本文采用真空自耗电极电弧熔炼技术制备了3vol.%(TiB+TiC)混杂增强高温钛基复合材料；并对钛基复合材料铸锭的显微组织及力学性能，高温热压缩变形行为，高温锻造及锻后热处理工艺进行了系统研究。采用真空自耗电极电弧熔炼(VAR)技术，通过B4C、C与Ti发生自生合成反应制备了3vol.%(TiB+TiC)混杂增强高温钛基复合材料铸锭。增强体比较均匀地分布在基体上，TiB呈针状和短纤维状，TiC呈块状和近等轴状，基体为网篮状组织。从边缘到心部，晶粒尺寸有依次增加趋势，增强相形貌也有变化。室温和高温拉伸结果显示，心部区域室温性能相对较好，抗拉强度为1047.5MPa，延伸率为0.3%，700℃拉伸的抗拉强度仍旧可保持在538.9MPa，延伸率为13.5%。室温断裂机制为解理断裂，600℃和700℃时的断裂机制为准解理断裂，800℃时为韧性断裂。钛基复合材料的强化机理有细晶强化、固溶强化以及增强相承载强化。采用热物理模拟实验，研究了钛基复合材料高温变形行为，得到(+β)相区的平均热变形激活能为676.515KJ/mol，应力指数为3.316，构建了本构方程及峰值应力σ的关系式，为后续的热加工过程中设备的选择和工艺的制订提供支持。揭示了钛基复合材料高温变形过程中的组织演变规律，高温低应变速率条件下，基体组织等轴化。同时得出优化的热加工工艺参数为变形温度1050℃，应变速率0.01s-1。高温锻造制备了表面完整无裂纹的锻坯，锻坯横截面1/2r处为细小等轴状组织，心部以层片状组织为主，长径比较大的TiB被折断，沿垂直于锻造方向定向排列。1/2r处室温抗拉强度和延伸率相对较高，心部区域次之，与铸态相比，抗拉强度提高11.1%，延伸率提高139.5%。在700℃拉伸时的抗拉强度为600.3MPa，延伸率为28.4%。室温断裂机制为准解理断裂，高温断裂机制为韧性断裂，强化机制包括细晶强化、位错强化和增强相TiB定向排列强化。对锻坯进行β相和(+β)相区热处理，得到了等轴状和网篮状基体组织。高温拉伸结果表明，β相热处理得到的网篮状组织表现出较好的综合力学性能，600℃时，抗拉强度比锻态提高约40MPa，延伸率有所下降。