合金元素对颗粒增强Ti基复合材料组织及性能的影响

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本文研究并分析了Ti-1.6Fe-2.15Mo-(1.6Al-Nd)+4.5%Cr3C2颗粒增强钛基复合材料的粉体和压坯制备及其烧结的工艺参数,制定其制备工艺为:粉体平均粒度控制在30μm左右250MPa 2min模压或250MPa 2min模压+300MPa 2min冷等静压制备压坯,1350℃真空烧结3小时。用该工艺分别制备了不同Cr3C2和Fe含量的烧结试样,讨论分析了其性能测试和微观组织的试验结果,得到以下结论:1.对Ti-1.6Fe-2.15Mo-(1.6Al-Nd)-4.5 Cr3C2烧结试样进行XRD, SEM和能谱分析表明,Cr3C2加入到Ti-Fe-Mo-(Nd-Al)基体中,会发生Cr3C2与Ti的反应,原位生成TiC和Ti-Cr固溶体。2.对于Ti-1.6Fe-2.15Mo-(1.6Al-Nd)-X Cr3C2 (X=0,4.5,8,13)合金,研究表明随着Cr3C2含量增加,其相对密度是呈先增大而后减小的趋势,含4.5 wt% Cr3C2时的相对密度最高,达到98.26%,其孔隙细小、分散和圆整。3.对于Ti-1.6Fe-2.15Mo-(1.6Al-Nd)-X Cr3C2 (X=0,4.5,8,13)合金,随着Cr3C2含量的增加,硬度呈不断上升的趋势,由0 wt% Cr3C2的56.7HRC增加到13 wt% Cr3C2的58.2HRC;其抗弯强度则呈先上升而后下降的趋势,最大值出现在4.5wt% Cr3C2时,达到了1913MPa。4.对于Ti-1.6Fe-2.15Mo-(l.6A1-Nd),随着Cr3C2含量由0 wt%,4.5 wt%,8 wt%增加到13 wt%,金相分析和SEM形貌显示其相应的组织顺序:a+β双相的魏氏体→α+β双相上弥散分布着TiC硬质颗粒的网篮组织→α+β双相上弥散分布着较多且弥散分布TiC硬质颗粒,B与初生a互不相连的双态组织→单相β上均匀弥散分布着粗大的TiC颗粒。SEM断口形貌表明:4.5 wt%的断裂方式为准解理断裂和解理断裂,存在舌状花样和韧窝;8 wt%和13 wt%的断裂方式为延性断裂,后者的韧窝比前者大而深。5.对于Ti-XFe-2.15Mo-(1.6Al-Nd)+4.5Cr3C2 (X=1.6,2.2,2.8,3.4),其相对密度随Fe含量增加而上升,含3.4 wt%Fe时达最大值99.58%;硬度值则随Fe含量增加而下降;抗弯强度是随Fe含量的增加呈先增加而后减小的趋势,模压+冷等静压压坯的烧结试样含2.2 wt%Fe的抗弯强度达到最大值3050MPa。6.对于Ti-XFe-2.15Mo-(1-6Al-Nd)+4.5Cr3C2 (X=1.6,2.2,2.8,3.4),含1.6 wt%Fe、2.2 wt%Fe和2.8 wt%Fe的组织都是在a+β双相组织基体上均匀、弥散的分布着TiC颗粒, SEM形貌表明随Fe含量增加到2.8 wt%Fe时,其晶粒逐渐增大,β晶粒、a团界及a片厚度尺寸也随之增大。含3.4wt%Fe时的基体组织为a+β双相组织,在β基体上分布互不相连的初生a颗粒。SEM断口形貌表明:它们的断裂方式都是准解理断裂和解理断裂,存在河流花样和小韧窝,所不同的是随着Fe含量的增加,其断口的解理面越来越大,越来越宽,越来越平整。
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