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针对航天航空领域对可以在600~800oC使用的轻质、耐热、高强结构材料的迫切需求,制备一种Ti B晶须增强Ti60合金基体的复合材料,并研究复合材料的热压缩、热挤压变形和热处理改性的理论基础和技术问题。以Ti60(~110μm)-Ti B2(3~5μm)粉末为原料,采用低能球磨和反应热压烧结相结合的技术成功制备了Ti B晶须体积分数为1.7%、3.4%和5.1%的Ti Bw/Ti60复合材料。通过高温压缩试验研究复合材料的高温变形行为,并分析其压缩组织演变规律;采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射分析技术(EBSD)对烧结态和挤压态的复合材料物相、组织以及拉伸断口进行分析;采用透射电镜(TEM)对复合材料的微观组织、亚结构及其在热变形及热处理后组织变化进行表征与分析。测试了烧结态、挤压态以及热处理态复合材料的室温力学性能和高温力学性能,分析了挤压变形以及热处理对复合材料组织和性能的影响机制。微观组织观察表明,颗粒状的Ti B2经热压烧结后原位反应生成Ti B晶须,并且呈网状结构分布在原始Ti60颗粒周围。增强体含量变化并没有改变复合材料的网状结构特征,只是随增强体总含量的增加网状界面处Ti B晶须局部含量增大。TEM组织表明,增强体与基体之间界面清洁无其它界面相,并且烧结态复合材料在基体内部有Ti3Al相析出。体积分数为1.7 vol.%、3.4 vol.%和5.1vol.%网状结构Ti Bw/Ti60复合材料的室温抗拉强度分别较Ti60合金提高了9%、11%以及15%。1.7%和3.4%体积分数的复合材料室温延伸率可以保证在3%左右。而对于烧结态5.1vol.%Ti B晶须/Ti60复合材料,其室温延伸率仅有0.5%。通过高温压缩试验,揭示了3.4vol.%Ti B晶须增强Ti60复合材料高温变形行为。在两相区发生明显的流变软化现象,并且这种流变软化程度随着温度的升高而降低。在950oC以上,流变软化程度随着应变速率的降低而升高。OM和EBSD组织分析表明,在两相区初生a相的球化过程主要以亚晶界旋转机制进行的非连续再结晶过程,并且随着温度的升高与应变速率的降低球化过程越加充分,小角晶界含量降低。在b单相区变形主要是b晶粒形核长大及以晶界迁移机制进行的连续再结晶过程。在适当的变形条件下Ti B晶须的存在会促进这两个过程的进行。采用双曲正弦模型构建了Ti Bw/Ti60复合材料压缩变形的本构方程,计算得到两相区平均变形激活能为765.07 k J/mol。热加工图表明:理想变形工艺为在近b相区或者b相区加工,应变速率在0.001~0.5s-1之间。其中在950o C应变速率为0.03s-1时会出现能量耗散效率因子峰值区域。为进一步提高复合材料的力学性能,对Ti Bw/Ti60复合材料进行热挤压变形。坯料加热温度为1200oC,挤压比为10:1。微观组织分析表明:热挤压变形使增强体Ti B晶须沿挤压方向呈定向分布状态,Ti B晶须出现不同程度的断裂,随着增强体含量的增多,其断裂的越严重。热挤压变形后,基体合金晶粒尺寸得到明显细化,平均晶粒尺寸从30mm降低到10mm,烧结态析出的a2相得到回溶,同时复合材料表现出较强的<0001>a//ED和较弱的<101?1>a//ED两种丝织构特点。Ti Bw/Ti60复合材料的室温力学性能经过热挤压变形后得到全面的提升。1.7vol.%、3.4vol.%和5.1vol.%Ti Bw/Ti60挤压态复合材料较烧结态复合材料的抗拉强度分别提高了23%、25%和29%,较挤压态Ti60合金分别提高了18.2%、26.9%和33.3%。其中3.4vol.%复合材料的具有较好的综合室温力学性能,其抗拉强度达到1364MPa,延伸率达到5.5%。断口分析观察到大量晶须的多节断裂现象表明这种复合材料具有优异的晶须增强效果以及良好塑性。高温拉伸测试表明,挤压态Ti Bw/Ti60复合材料具有优异的高温强度,其中在600oC,5.1vol.%Ti Bw/Ti60复合材料抗拉强度达到992MPa。在700oC,5.1vol.%Ti Bw/Ti60复合材料抗拉强度达到784MPa。挤压态Ti Bw/Ti60复合材料的热处理研究表明:复合材料经过750oC/1h/AC退火处理后,复合材料内部组织形貌并没有发生明显变化,但TEM组织表明挤压后所产生的亚结构和位错得到了回复。经过1000oC/2h/AC+600~700oC/5h/AC两相区固溶与时效处理后,在初生a相内析出a2有序相, a2相与母相之间的位向关系为[01?11]a//[11?02?]a2 和(101?1)a//(202?1)a2,a2析出相在位错和界面处尺寸较大;并且在初生a相内和b转变组织内都会有少量的球形(Ti Zr)6Si3(S2型硅化物)析出。经700oC/5h/AC直接时效处理后,在a相内会有少量的a2相析出;在a/b相界之间大量椭圆状(Ti Zr)6Si3(S2型硅化物)析出。高温拉伸测试表明,两相区固溶时效处理具有较好的强化效果,在600oC的抗拉强度最高提高了98MPa。而经过直接时效处理后,复合材料600oC抗拉强度提高40MPa。说明这种时效强化效果主要取决于a2相的析出。