TiH2/SiC复合粉末的搅拌球磨及其烧结行为研究

摘要

钛合金因其具有密度小(4.505 g/cm3)，比强度、比刚度高等一系列优点，而得到越来越广泛的应用。细化其晶粒不仅可以使材料获得更高的强度而且可以使材料获得高应变速率超塑性或低温超塑性，并提高合金的加工性能。本实验采用SiC作为增强颗粒，通过搅拌球磨法制取商品质TiH2/SiC原料粉末，研究其中的球磨规律，并在此基础上结合真空烧结技术对所获得的球磨复合粉末的烧结行为开展系统研究，为后续细晶钛合金的短流程、低成本制造奠定基础。
　　采用搅拌球磨法制备复合粉体，研究了球磨转速、球磨时间对TiH2/SiC粉末粒度及分布、烧结试样的密度及晶粒度、SiC颗粒形貌与分布的影响。结果表明：在500～700r/min的转速范围内，粉末粒径随着球磨转速的增加呈现出先减小后增大的规律；当球磨转速为600r/min时，粉末粒径随着球磨时间的增加而逐渐变小，并且分布越来越均匀：随着球磨时间的增加，含1.5%SiC的生坯在不同温度(950℃、1000℃、1050℃、1100℃)于真空(真空度1～5×10-3Pa)条件下烧结3h所得烧结试样的密度先减小后增大，烧结试样内钛晶粒逐渐细化且晶粒尺寸分布更为均匀。最终确定的最佳球磨工艺为：球料比9:1，以600r/min的球磨转速球磨8h。
　　采用单向压制对球磨粉末进行生坯压制，通过研究SiC/TiH2球磨粉末的压制行为，确定了最佳的成形剂及加入量，并优化坯样压制方式与脱脂工艺。结果表明：成形剂加入量在2%～5%时，随着加入量的增加生坯的密度呈现出先增大后减小的规律；在70MPa～350MPa的压力范围内，压坯的致密度随压制压力的增加而升高，但是压力过高会导致压坯出现层裂、掉边等缺陷。最终确定以聚乙二醇作为成形剂，硬脂酸作为压模润滑剂，成形剂加入量为4%，压制压力在150Mpa左右，可以获得优质的压坯。
　　研究了烧结工艺和SiC含量对试样密度、显微组织的影响，结果表明：烧结温度越高、烧结时间越长则试样致密度越高，晶粒越大；SiC会对试样的烧结致密化产生阻碍作用，碳化硅含量越高则烧结致密度低，但烧结试样的晶粒粒径会随着碳化硅含量的增加而减小。选取1%SiC加入量，在真空(真空度1～5×10-3Pa)条件下1050℃×3h可以获得密度为4.69g/cm-3，平均粒径为4μm且组织均匀的烧结试样。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 钛的基本性质

1.1.1 纯钛的性能

1.1.2 纯钛的组织结构及相变规律

1.2 钛制备的潜在问题

1.3 Ti-H系

1.3.1 氢对钛性能的影响

1.3.2 TiH2的脱氢过程

1.4 细晶钛合金的常见制备方法及潜在问题

1.4.1 大塑性变形

1.4.2 热氢处理

1.4.3 机械合金化

1.4.4 原位生成法

1.5 高能球磨技术

1.5.1 球磨装置的分类及特点

1.5.2 高能球磨的过程

1.5.3 影响高能球磨过程的因素

1.6 颗粒增强钛合金

1.6.1 钛基体的选择

1.6.2 增强颗粒的选择

1.6.3 颗粒增强钛合金常用制备方法

1.6.4 碳化硅颗粒增强钛合金的强化机理

1.7 本课题的选题背景及研究内容

1.7.1 选题背景

1.7.2 研究内容

第2章 基本实验工艺及分析方法

2.1 实验内容

2.2 实验原料

2.3 实验工艺流程

2.4 基本分析方法及设备

第3章 TiH2/SiC复合粉末的搅拌球磨行为研究

3.1 球磨转速对碳化硅颗粒增强钛合金的影响

3.1.1 球磨转速对SiC/TiH2复合粉末粒度和形貌的影响

3.1.2 球磨转速对SiC颗粒形貌与分布的影响

3.1.3 球磨转速对烧结试样金相组织的影响

3.2 球磨时间对碳化硅颗粒增强钛合金的影响

3.2.1 球磨时间对SiC/TiH2复合粉末粒度和形貌的影响

3.2.2 球磨时间对烧结试样密度的影响

3.2.3 球磨时间对SiC颗粒形貌与分布的影响

3.2.4 球磨时间对烧结试样金相组织的影响

3.3 球料比对碳化硅颗粒增强钛合金的影响

3.4 本章小结

第4章 SiC/TiH2复合粉末压制成形研究

4.1 SiC/TiH2复合粉末的压制过程

4.2 成形剂加入量及加入方式的选择

4.2.1 成形剂的选择

4.2.2 成形剂的加入量

4.2.3 成形剂的加入方式

4.3 压制压力对生坯密度的影响

4.4 脱脂工艺的制定及优化

4.5 本章小结

第5章 烧结工艺及SiC含量对烧结钛合金致密化与显微组织演变的影响

5.1 烧结过程

5.1.1 烧结的分类

5.1.2 烧结动力学

5.2 烧结工艺对烧结试样密度和显微组织演变的影响

5.2.1 烧结温度对烧结试样密度和显微组织的影响

5.2.2 烧结时间对烧结试样密度和显微组织的影响

5.2.3 烧结工艺的制定及优化

5.3 SiC含量对烧结钛合金致密化与显微组织演变的影响

5.3.1 SiC含量对烧结试样致密度的影响

5.3.2 SiC含量对烧结试样金相组织的影响

5.4 本章小结

结 论

参考文献

致 谢

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