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为了提高钛基复合材料综合性能,设计并制备了系列层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料,该层状体系显示了较高的强韧化效果,表现出较高的强度与塑性。采用扫描电镜(SEM)对系列层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料中基体与增强体组织,以及裂纹扩展行为进行了观察与分析。采用室温拉伸和三点弯曲测试对层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料弹性模量、强度、延伸率、断裂韧性、断裂功和弯曲性能进行测试及评价,进而分析层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料的强韧化机制。采用相同的原料和球磨工艺,分别用反应热压烧结和扩散连接方法成功制备了系列层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料。两种制备方法所获得的层状材料,其层间界面都很清晰。利用反应热压烧结法可获得较强的层间界面结合,而扩散连接的优点是各层厚度可以精确控制。SEM组织分析得出,层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料的基体组织呈现出梯度晶粒分布结构,纯Ti层为片层状组织,Ti Bw/Ti复合材料层内部包含两种等轴组织,其中靠近Ti B相和各层界面处为细小的等轴组织,而在Ti B网状结构内部则为粗大的等轴组织,梯度组织的形成可归因于形核质点的不同和网状结构的约束。并且其断口也呈现明显的梯度断裂形貌,在纯Ti层内部为典型的微孔聚集型韧性断裂,靠近界面层处的Ti层为片层状沿晶断裂,在Ti Bw/Ti复合材料层处则为准解理断裂形貌,梯度断裂形貌的形成是由梯度组织和隧道裂纹处的应力分布所决定的。对热压烧结态层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料沿不同方向进行单轴拉伸,随着拉伸方向与层状方向之间角度的增加,其断裂延伸率逐渐的降低,呈现出明显的各向异性。当垂直于层状方向拉伸(90o)时,其断口侧面呈现多重颈缩现象,断裂部位为界面,这是Ti层与Ti Bw/Ti复合材料层的塑性变形程度差别所造成的。当平行于层状方向拉伸(0o)时,其断裂部位触发点发生于Ti Bw/Ti复合材料层处,Ti B相首先发生微裂纹的形核、扩展和汇合,逐渐形成贯穿整个Ti Bw/Ti复合材料层的隧道裂纹。当隧道裂纹增加至一定数目后,将会扩展至Ti层,导致Ti层呈45o方向发生剪切断裂,直至整个层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料失效。采用扩散连接方法制备了不同Ti层厚、层厚、层厚比和Ti B相体积分数的层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料,拉伸试验测试结果显示,随着纯Ti层厚度的降低,其弹性模量、屈服强度和拉伸强度逐渐的增加,而延伸率逐渐的降低,从断口形貌可以明显观察到延伸率显著降低对应的断裂特征,这是Ti B总体积分数的逐渐增加和隧道裂纹处受限的塑性变形区所造成的。同时观察到随着层厚的降低,层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料的延伸率逐渐的升高,拉伸测试和断裂形貌呈现明显的尺度效应。当层厚为300μm时,层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料室温延伸率能达到23.1%,这是因为隧道裂纹随尺寸的减小而变得不敏感所致。随着增强体含量的升高,Ti B形貌由针状转变为销钉状、爪子状甚至陶瓷层。同时,层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料的屈服强度和抗拉强度逐渐升高,而延伸率逐渐降低,断口形貌呈现出延伸率显著降低对应的断裂特征,这是由于逐渐减小的塑性变形区所致。层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料获得超高的延伸率,归功于延迟颈缩、多重隧道裂纹增韧和脱层裂纹屏蔽效应。层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料单边缺口的三点弯曲测试发现,纯Ti层的断裂功随着Ti层厚度的降低而降低,并且随Ti Bw/Ti复合材料中Ti B体积分数的增加而降低,这是因为Ti Bw/Ti复合材料层可阻碍Ti层塑性变形区扩展所致。层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料沿不同的加载方向呈现出不同的断裂韧性和断裂机制,当沿着层状方向加载时,层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料呈现较低的断裂韧性和断裂功,而垂直于层状方向加载时,层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料呈现较高的断裂韧性和断裂功。同时,1100oC扩散连接制备的层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料比1200oC制备的层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料呈现更高的断裂功,这主要因为脱层可起到裂纹屏蔽的作用。层状Ti-Ti Bw/Ti复合材料在I型三点弯曲试验中呈现出单一隧道裂纹桥接和周期多重隧道裂纹模式,这两种模式的转化与Ti层与Ti Bw/Ti复合材料层的层厚比和屈强比有关,在II型弯曲试验中则出现大量的隧道裂纹,这起到很高的增韧效果。