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双相增强TC4复合材料的制备及组织性能研究

双相增强TC4复合材料的制备及组织性能研究

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作者：魏启超兰州大学

学位级别：硕士

钛合金由于其密度小、比强度高等特点,被广泛应用于机身、涡轮叶片和航空发动机中。随着现代航空航天的持续发展,研发轻质、高强和中韧的航空材料已成为研究者和从业人员关注的重点。然而,传统的钛及钛合金材料由于其弹性模量较低一般... 详细信息

钛合金由于其密度小、比强度高等特点,被广泛应用于机身、涡轮叶片和航空发动机中。随着现代航空航天的持续发展,研发轻质、高强和中韧的航空材料已成为研究者和从业人员关注的重点。然而,传统的钛及钛合金材料由于其弹性模量较低一般难以满足超高强度需求。为了进一步提高钛合金的强塑性,具有较高弹性模量的钛基复合材料（TMCs）成为了公认极具潜力的新型航空材料。本文围绕钛基复合材料,研究了复合材料在不同状态下,增强相数量和含量变化对强度和塑性的影响。主要研究内容如下:（1）研究了烧结态TC4/Ti B/C复合材料中增强相数量和含量对强度和塑性的影响。其中,钛合金基体具有类魏氏组织结构,而增强相呈类网状结构。实验发现随增强相含量的增加,复合材料总体晶粒均细化,且强度提高而塑性快速降低;而随增强相数量的增加,复合材料强度进一步提高而塑性缓慢降低,其中复合材料的最佳抗拉强度达到1144.6 MPa,而延伸率为10.1%。提高增强相含量可提高复合材料强度,而双相增强可提高复合材料强度和塑性。（2）研究了轧制态TC4/Ti B/C复合材料中增强相数量和含量对强度和塑性的影响。轧制态复合材料中,增强相呈定向排列,且复合材料晶粒进一步细化。实验发现随增强相含量的增加,复合材料强度增加而塑性降低;而随增强相数量的增加,复合材料强度进一步提高而塑性先增加后降低。为了寻求最优性能,通过双相协同强化,增强相总含量为0.8 wt%的复合材料抗拉强度可达1586.3MPa,延伸率为9.7%。研究表明,轧制态双相增强复合材料中增强相之间存在紧密协同效应,进一步提升了钛基复合材料的性能。轧制工艺是进一步提高复合材料强度和塑性的有效途径。（3）研究了热处理后轧制态TC4/Ti B/C复合材料的强度和塑性变化。实验发现固溶后轧制态复合材料中钛合金基体与陶瓷相的晶带轴平行,形成了基体和增强相的原位紧密生长。随着增强相含量增加,复合材料强度先增加后减小,而塑性逐渐下降。增强相总含量达到0.8 wt%时,复合材料抗拉强度可达1658.5MPa,延伸率为6.7%。固溶后轧制处理是进一步提高复合材料强度的可行方案。

关键词：钛基复合材料热轧制和热处理力学性能微观组织

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