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增强钛合金的力学性能是目前国内外相关领域研究的热点课题之一。其中钛基非晶因其独特的结构特征可有效提高钛合金的强度,但非晶合金的本征脆性,在某种程度上限制了其应用范围。因此,如何解决强度与塑性之间的平衡,成为研究热点。近期研究表明,Ti-Fe偏共晶合金因均匀弥散分布的先共晶韧性相的存在,使其不仅具有高的强度,而且有利于提高Ti-Fe合金的塑性。因此,这项研究将为制备强韧材料开辟一个新的途径。 基于这种技术背景,本文利用Ti-Fe组元间具有负混合焓的热力学特性,设计了激光诱导自蔓延反应合成Ti-Fe系合金的工艺思想。利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子探针(WDX)等现代微观分析技术结合性能检测手段,较为系统的分析了反应合成Ti-Fe合金组织、性能及其随成分的变化规律;利用燃烧波前沿淬熄法,探讨了自蔓延反应合成Ti-Fe合金的组织演变过程;第三组元Co和Ni元素含量对Ti-Fe共晶合金组织、性能的影响规律。 实验结果表明,激光诱导自蔓延反应合成Ti-Fe二元合金体系的化学成分由亚共晶向过共晶成分转变时,合成产物依次是由β-Ti固溶体+(β-Ti+TiFe)共晶、(β-Ti+TiFe)共晶、TiFe金属间化合物+(β-Ti+TiFe)共晶组织所构成,但由于受反应合成快速加热快速冷却特点的影响,以及原始粉末颗粒所吸附氧的存在,致使不同成分合成产物中皆出现了一定比例的以氧稳定的Ti2Fe相。随Fe含量的增加,合成产物的孔隙率呈“V”字形分布,在共晶点处最低;显微硬度呈逐渐增加趋势;抗压性能在共晶成分处最优,即Ti70.5Fe29.5合金的抗压强度和塑性应变量分别为1796MPa和10%。 激光诱导自蔓延反应合成Ti-Fe共晶合金的组织演变过程为:Fe颗粒边缘的熔化和铺展、Ti-Fe液态互扩散区的形成、未熔Fe颗粒边缘形成共晶组织和在共晶团界面处形成了以氧稳定的Ti2Fe金属间化合物四个阶段。 Co元素含量在12%以内不会改变Ti-Fe共晶合金的基本相组成,即合成产物还是由β-Ti、TiFe及Ti2Fe相组成。随Co含量的增加,合金体系成分向左偏移,共晶组织含量减少,呈典型的过共晶组织形态特征。合成产物的致密度随共晶组织的减少呈逐渐下降的趋势;显微硬度先增后减,在Co含量到达9%时,高硬度的金属间化合物对合成产物的硬度提高起主导作用;当Co含量继续增加,合成样品的致密度最低,影响了产物的宏观力学性能。Co元素的添加对提高Ti-Fe共晶合金的强度起到了一定的作用,但塑性显著降低。 Ni元素的微量添加(≤12%)对Ti-Fe共晶合金合成产物的基本相组成没有产生影响,其室温平衡组织相组成为:β-Ti相、TiFe相和Ti2Fe相。合成产物中β-Ti的数量随