钛基复合材料棒材包套热挤压制备及组织性能研究

摘要

TiB陶瓷增强钛基复合材料因其优异的耐磨性、耐腐蚀性及高的比强度等优点，在航空航天及军工领域有着广阔的应用前景。目前主要通过真空热压烧结、热等静压等工艺实现，但因其工艺复杂、设备昂贵、效率低下，极大地限制了其规模化应用。本文基于前期研究，提出了“高温短时预烧结+包套热挤压”工艺，实现了对TiBw/Ti-6Al-4V复合材料棒材制备工艺的进一步优化，成功获得组织致密、塑性良好复合材料棒材，并深入研究了挤压温度对其组织性能影响，同时探索了B元素对于Ti-6Al-4V基体组织的影响。
　　采用“高温短时预烧结+包套热挤压”工艺，成功制备出了Φ12×220mm的TiBw/Ti-6Al-4V复合材料棒材。1200℃短时预烧结可加速原位反应进行、明显提升材料致密度，使钛基复合材料棒材的生产效率大幅提升。工艺改进后材料的室温塑性提升明显，当挤压温度为950℃和1150℃时，复合材料的伸长率分别为5.08％和7.83%，达到了伸长率5%的预期目标。
　　深入研究挤压温度950℃~1150℃对TiBw/Ti-6Al-4V复合材料棒材组织性能影响。随温度升高，复合材料内 TiB晶须数量逐渐下降，长径比明显提升；基体伸长型α相逐渐转变为α集束和晶界α相，并且基体中β相的数量也有所增加。当挤压温度为950℃时，基体中表现出了较强烈的<101?0>织构，此时材料的室温抗拉强度达到1171.8MPa。当挤压温度为1050℃时，基体α相表现出了强烈的<0001>和<101?0>织构，此时的抗拉强度为1191.2MPa。当挤压温度为1150℃时，基体中α相表现出了<0001>和<101?1>织构，这时材料的抗拉强度达到1156.3MPa。三种材料的延伸率分别为5.08%、2.32%、7.83%。
　　对比分析 Ti-6Al-4V合金发现：B元素使得基体中α相明显细化，并且在TiB晶须附近基体的α片层球化现象更加明显。当挤压温度为950℃时，材料塑性变形处于(α+β)双相区，B元素的存在显著提升了TiBw/Ti-6Al-4V复合材料基体的β转变温度，使得基体中初生α相的<101?0>织构强度更高。并且大幅提升了Ti-6Al-4V基体的室温拉伸性能。

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第1章 绪 论

1.1 背景和意义

1.2 国内外关于钛基复合材料的研究现状及分析

1.3 钛基复合材料的组织

1.4 钛基复合材料织构分析

1.5 课题研究的意义和内容

第2章 试验材料及研究方法

2.1 实验材料

2.2 实验工艺路线

2.3 材料组织分析

2.4 材料性能测试

第3章 TiBw/Ti-6Al-4V复合材料棒材制备工艺优化

3.1 引言

3.2 球磨混粉对TiBw/Ti-6Al-4V复合材料组织影响

3.3 断口形貌分析

3.4 预烧结工艺的改进

3.5 本章小结

第4章 挤压温度对TiBw/Ti-6Al-4V复合材料组织及性能的影响

4.1 引言

4.2 挤压温度对TiBw/Ti-6Al-4V复合材料组织的影响

4.3 挤压温度对TiBw/Ti-6Al-4V复合材料性能的影响

4.4 断口形貌分析

4.5 本章小结

第5章 B元素对Ti-6Al-4V基体组织、织构影响

5.1 引言

5.2 B元素对Ti-6Al-4V基体组织影响

5.3 B元素对Ti-6Al-4V基体织构影响

5.4 B元素对基体Ti-6Al-4V性能的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢