热处理对复合材料中TiC形态及成分的影响.docx

热处理对复合材料中TiC形态及成分的影响摘 要本文采用熔铸法制备了TiC/Ti-6Al-4V复合材料，TiC体积含量分别为5%、10%和15%。分析研究了复合材料中TiC的形态形成及生长机理，探讨了TiC形态的控制和改善手段，分析了热处理对复合材料组织和性能的影响，并对感应凝壳熔炼制备的TiC/Ti-6Al-4V复合材料的组织及室温和高温拉伸性能进行了分析，讨论了熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V复合材料的强化和断裂机理。热力学和XRD分析表明，TiC相在熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V复合材料中可以稳定存在，当TiC含量较少时，复合材料中凝固析出的TiC主要为共晶TiC，随TiC含量的增加，复合材料中共晶TiC含量减少，初生枝晶状TiC所占比例明显增加。对TiC的成分分析表明，熔铸法制备TiC/Ti-6Al-4V复合材料中TiC内C/Ti原子比接近0.5，处于明显的C缺乏状态，导致凝固析出的TiC密度比原始TiC粉末有所减小。关键词　钛基复合材料；熔铸法；TiC形态；热处理；力学性能 前 言本文采用熔铸法制备TiC增强钛基复合材料，研究铸态下钛基复合材料中TiC的形核与生长规律，通过控制原始碳源及热处理等非变形的方法控制和改善TiC的形态、尺寸及分布等，并研究复合材料组织和性能的关系，对提高熔铸法制备TiC增强钛基复合材料的性能及促进铸造成形钛基复合材料的应用都有着重要的理论意义和实用价值。热处理温度和时间对TiC形貌的影响100μma)100μm100μm图4-2 铸态TiC/Ti-6Al-4V复合材料及Ti-6Al-4V合金的DSC曲线Fig. 4-2 DSC curves of TiC/Ti-6Al-4V composites and Ti-6Al-4V alloy100μm图4-2 铸态TiC/Ti-6Al-4V复合材料及Ti-6Al-4V合金的DSC曲线Fig. 4-2 DSC curves of TiC/Ti-6Al-4V composites and Ti-6Al-4V alloyb)c)d)图4-5 10vol%TiC/Ti-6Al-4V复合材料铸态及分别在950°C下保温4h、8h和24h的TiC形貌变化图4-5、4-6和4-7所示分别为10vol%TiC/Ti-6Al-4V复合材料在950°C、1050°C和1200°C保温不同时间后TiC形态的变化。其中图4-5 a)为铸态的形貌照片，以用来与热处理的形貌进行对比。 从图4-5中950oC下保温不同时间热处理的情况来看，保温4小时后TiC形态基本上变化不大(图4-5 b))，而保温8小时后复合材料中的TiC颗粒有部分发生溶解(图4-5 c))，保温24小时的情况下TiC的溶解趋势更加明显(图4-5 d))，部分TiC相溶入基体，同时尺寸较小的共晶TiC颗粒有所粒化，但总的来说在950oC下热处理TiC枝晶的粒化趋势不是很明显。而在1050oC下进行热处理，复合材料中的TiC则发生了较明显的粒化。从图4-6所示的10vol%TiC/Ti-6Al-4V复合材料在1050oC不同保温时间的热处理态组织中可以看出，1050oC保温4小时后(图4-6 a))条状的共晶TiC和枝晶状的TiC都开始出现一定的溶断现象，TiC颗粒也有一定的粒化。当保温时间增加到8小时后(图4-6 b))，条状共晶TiC基本看不到了，大部分都溶断成小颗粒状或溶解了，而大部分枝晶TiC也都发生了明显的溶断，TiC颗粒形状变得更加圆滑粒化。当保温时间增加到24小时后，枝晶TiC溶断及颗粒粒化现象更加明显。而100小时时则与24小时下基本类似，说明时间进一步延长TiC形态变化就变得很慢了。图4-6 10vol%TiC /Ti-6Al-4V复合材料在1050°C下分别保温4h、8h、24h和100h的TiC形貌变化 100μma)b)100μm100μmc)100μmd) 图4-7所示为10vol%TiC/Ti-6Al-4V复合材料在1200oC不同保温时间下的TiC形貌变化，图中a)、b)、c)和d)所示分别为保温8小时、24小时、50小时和100小时后复合材料的SEM照片。从图4-7中可以看出，TiC在8h时基本上就已经有了较明显的粒化，枝晶状TiC有一定程度的溶断，颗粒表面也变得较圆滑。当在24h到100h时基本上TiC颗粒的形态变化较小，可以说随着时间的延长TiC的粒化过程变得非常缓慢。与1050oC的热处理效果相比较，温度更高的情况下TiC的粒化效果并不见明显提高，说明在β-Ti+TiC相区时1050oC热处理已经能够获得较好的粒化效果了。以细小的炭黑粉为原料熔铸制备的TiC/Ti-6Al-4V复合材料中，熔体中形成的TiC团簇尺寸较小且较分散，因此形成的TiC尺寸相对较小，