【摘 要】
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TiC和TiB高的强度和刚度,与钛基体接近的热膨胀系数以及良好的界面结合效果,使得TiC和TiB增强的钛基复合材料具有良好的耐磨性,因此TiC和TiB被认为是钛基体最为理想的强化相。目前,基于Ti-B4C体系的原位反应制备高强度（TiCp+TiBw）/Ti复合材料是高强韧性钛材料研究领域的重要方法之一,并取得了良好的强化效果。然而,对于（TiCp+TiBw）/Ti复合材料的强韧化机制,特别是TiC
【基金项目】
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国家自然基金青年项目（51601143）； 陕西省科技厅国际合作交流计划（2017KW-021）项目；
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TiC和TiB高的强度和刚度,与钛基体接近的热膨胀系数以及良好的界面结合效果,使得TiC和TiB增强的钛基复合材料具有良好的耐磨性,因此TiC和TiB被认为是钛基体最为理想的强化相。目前,基于Ti-B4C体系的原位反应制备高强度（TiCp+TiBw）/Ti复合材料是高强韧性钛材料研究领域的重要方法之一,并取得了良好的强化效果。然而,对于（TiCp+TiBw）/Ti复合材料的强韧化机制,特别是TiCp和TiBw的混杂强化效应并未见详细的报道。本文通过原位自生反应制备了（TiCp+TiBw）/Ti、TiCp/Ti和TiBw/Ti的复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针显微分析仪和透射电子显微镜等考察了复合材料的显微组织和相组成,使用维氏硬度计和万能试验机测试了复合材料的硬度和室温拉伸性能,利用扫描电镜下的原位拉伸试验分析了拉伸过程中TiC和TiB的变形行为,并结合强度理论计算了不同强化因素对复合材料强度的贡献。基于上述实验结果探讨了（TiCp+TiBw）/Ti复合材料的强韧化机制,得到的主要结论如下:（1）利用Ti-B4C-C体系的原位反应在钛基体中生成了TiC和TiB两种强化相,并通过改变C元素的添加量实现了对TiC和TiB比例的调控。（TiCp+TiBw）/Ti复合材料的显微组织由等轴状的钛基体、颗粒状的TiC相和晶须状的TiB相组成。随着TiCp含量的增多,特别是当TiCp所占的体积比高于4.1%时,颗粒呈现团聚的趋势;随着TiBw含量的增多,晶须的直径和长度略有增大。（2）随着TiCp和TiBw含量的提高,二者单独强化的TiCp/Ti和TiBw/Ti复合材料的抗拉强度均呈增加趋势而延伸率则持续减小,相比较而言,TiCp对复合材料强度的影响远小于TiBw,但其对复合材料韧性的破坏程度也相对较小。当二者混杂增强钛基体时,随着tiCp/TiBw摩尔比的提高,（TiCp+TiBw）/Ti复合材料的抗拉强度持续降低,延伸率则有一定程度地增加。当TiCp/TiBw摩尔比为1:4时,复合材料的强度达到最大值1183MPa,并能保持6.25%的延伸率,可用作工程结构材料。（3）通过经典强化理论计算,通常情况下（TiCp+TiBw）/Ti复合材料中各种不同因素对强度的贡献大小顺序为:。TiB晶须>混杂强化>细晶强化>O/N固溶强化>TiC颗粒。理论计算结果（TiCp+TiBw）/Ti复合材料的强度。混杂强化的贡献值与TiCp与TiBw的摩尔比密切相关,随着摩尔比的提高,混杂强化的贡献逐渐降低。（4）当TiCp含量超过4.1vol%时,不论是TiCp/Ti还是（TiCp+TiBw）/Ti复合材料,拉伸应力应变曲线上均出现了“伪屈服”现象,其主要原因是当TiCp含量超过其在钛基体中均匀分散的临界浓度（3.84vol%）时,团聚颗粒的结合部位由于挤压过程中积累的压应变而优先发生开裂,从而导致复合材料承载能力下降。由于颗粒的应力集中系数大于纤维,TiCp在拉伸过程中发生破裂但裂纹不扩展到钛基体中,对钛基体的变形没有明显影响;而TiBw在基体断裂前无明显的变化,其与钛基体的强界面结合显著影响了基体的塑性变形。因此相比较而言,TiBw对复合材料的韧性损伤程度大于TiCp。
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