(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr)原位增强复合材料组织与力学性能

摘要

钛合金是具有广泛应用背景的轻质材料，但其耐磨性较差。实验通过引入不同比例的Cr3C2，B4C和石墨，采用球磨混粉和热压烧结方法，在1300℃/20MPa/1h/Ar气氛保护条件下，利用原位反应合成(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr)系列复合材料。利用X射线衍射（XRD）分析，SEM、TEM电镜，力学性能测试等分析手段，系统研究了Cr含量和原位反应生成增强相体积分数对复合材料显微组织结构和力学性能的影响，采用SEM电镜等手段，研究了复合材料的摩擦磨损特性。
　　微观组织结构分析表明，TiC颗粒状(TiCp)增强相的粒径随 Cr含量的增加而减小；TiB晶须状(TiBw)增强相的长径比随Cr含量的增加而增大，随原位反应生成增强相体积分数的提高而减小。复合材料的基体由α-Ti和β-Ti两相组成，基体中β-Ti的含量随 Cr含量的增加而提高，随原位反应生成增强相体积分数的增加而降低。
　　力学性能测试表明，随Cr含量的增加，材料的抗弯强度、断裂韧性上升，弹性模量下降，维氏硬度基本保持不变，保持在580kg·mm-2；随原位反应生成增强相体积分数的提高，材料的抗弯强度和断裂韧性先上升后降低。15vol％( TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-5.2Cr)复合材料具有优异的强韧性，其抗弯强度为1070.5MPa，断裂韧性为15.11MPa·m1/2，弹性模量为160.9 MPa，维氏硬度为696.4 kg·mm-2；复合材料的弹性模量和硬度随增强相体积分数的增加而提高，40vol%(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-5.2Cr)复合材料的硬度最高，达1102.5 kg·mm-2，其抗弯强度为867.4MPa，断裂韧性为11.65MPa·m1/2，弹性模量为200.6MPa。
　　滑动摩擦试验表明，基体材料的磨损以犁削和微切削磨损为主；引入 Cr合金元素，可以有效提高复合材料的加工硬化和抗剪切磨损能力，使复合材料的磨损类型由犁削和微切削磨损向磨粒磨损转变；原位反应生成增强相体积分数的增加，提高了复合材料的弹性模量，从而导致复合材料抗塑性剪切能力的提高，主要以磨粒磨损为主。40vol%( TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-5.2Cr)复合材料在摩擦过程中产生的磨屑起到固体润滑剂的作用，可有效降低材料的摩擦系数和磨损量。

目录

(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr)原位增强 复合材料组织与力学性能

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF IN SITU TiBw+TiCp REINFORCED (Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr) MATRIX COMPOSITES

摘 要

Abstract

目 录

第 1 章 绪 论

1.1 前言

1.2 钛基复合材料的分类及选材

1.3 原位合成钛基复合材料的制备

1.4 原位合成钛基复合材料的性能

1.5 复合材料的摩擦磨损

1.6 本文的研究目的、意义及主要研究内容

第 2 章 材料制备与研究方法

2.1 试验用原材料

2.2 复合材料设计

2.3 试验原理

2.4 试验设计

2.5 材料性能测试方法

2.6 材料组织结构分析方法

第 3 章 Cr 含量对 10vol%(TiBw+TiCp） /(Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr)复合材料的组织及性能的影响

3.1 XRD 物相分析

3.2 微观组织结构分析

3.3 Cr 含量对 10vol%(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr)复合材料 性能的影响

3.4 Cr 含量对 10vol%(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr)复合材料 组织及性能影响的机理分析

3.5 本章小结

第 4 章 原位生成增强相体积分数对 (TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-5.2Cr)复合材料组织及 性能的影响

4.1 XRD 物相分析

4.2 微观组织结构分析

4.3 增强相体积分数对(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-5.2Cr)复合 材料性能的影响

4.4 1500℃烧结 25TBC7 试样的组织及性能分析

4.5 增强相体积分数对(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-5.2Cr)复合 材料影响的机理分析

4.6 本章小结

第 5 章 (TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr)复合材 料的滑动摩擦行为

5.1 Ti-4.0Fe-7.3Mo 的滑动摩擦特性

5.2 Cr 含量对 10vol%(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr)复合材 料滑动摩擦行为的影响

5.3 增强相体积分数对(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-5.2Cr)复合 材料滑动摩擦行为的影响

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢