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α+β固溶处理对Ti65合金薄板的影响:硅化物析出、力学行为和新型{1011}孪晶系

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第4期33卷 1098-1113页

作者：赵鼎樊江昆张智鑫王璟王清江陈志勇唐斌寇宏超李金山西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 西北工业大学重庆科创中心重庆401135 西北工业大学先进金属材料精确热成型技术国家地方联合工程研究中心西安710072 宝钛集团有限公司宝鸡721014 中国科学院金属研究所沈阳110016

为应对航空领域对轻质和优异高温性能钛合金部件的迫切需求,对经不同热处理的新型高温钛合金Ti65合金薄板的显微组织演变、硅化物析出和力学行为进行系统研究。结果表明:在固溶空冷后的合金中析出亚微米级硅化物(Ti,Zr)_(6)Si_(3),导致... 详细信息

为应对航空领域对轻质和优异高温性能钛合金部件的迫切需求,对经不同热处理的新型高温钛合金Ti65合金薄板的显微组织演变、硅化物析出和力学行为进行系统研究。结果表明:在固溶空冷后的合金中析出亚微米级硅化物(Ti,Zr)_(6)Si_(3),导致拉伸性能变差和剧烈波动。在950℃固溶炉冷后的合金中发现穿晶界(Ti,Zr)_(5)Si_(3)和近晶界(Ti,Zr)_(6)Si_(3)硅化物的共存。当固溶温度升高至1010℃时,(Ti,Zr)_(3)Si硅化物在位错附件出现。薄板固有尺寸效应与硅化物析出的协同效应导致拉伸性能的明显波动,塑性显著下降,甚至发生脆性断裂。硅化物析出受低温固溶处理的保温时间的影响较弱。此外,在990℃热轧获得的薄板中观察到新型{1011}孪晶,其轴角对为65°,仅存在于粗大的基面织构α晶粒中。

关键词：钛合金薄板硅化物力学性能尺寸效应孪晶

钼及钼合金表面硅化物涂层的制备、改性及抗氧化性能研究进展

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材料导报 2019年第19期33卷 3227-3235页

作者：何浩然许俊强苗欣刘奇薄新维重庆理工大学化学化工学院重庆400054 重庆材料研究院有限公司重庆400707 中国电子科技集团第49研究所哈尔滨100048

钼及其合金具有优异的高温力学性能和耐蚀性能,以及相比于钨、铌、钽更为便宜的价格,因而在电子器件、发热元件、玻璃纤维加工、测温用保护管以及航空航天等尖端领域拥有较为广泛的运用。但是,钼的抗氧化能力较差,这在很大程度上限制了... 详细信息

钼及其合金具有优异的高温力学性能和耐蚀性能,以及相比于钨、铌、钽更为便宜的价格,因而在电子器件、发热元件、玻璃纤维加工、测温用保护管以及航空航天等尖端领域拥有较为广泛的运用。但是,钼的抗氧化能力较差,这在很大程度上限制了钼在高温领域的应用。因此,研究和提高钼及其合金的抗氧化性能有着重要意义。硅化物涂层具有高温自愈合能力,能对基材起到良好的保护作用,因此成为钼及其合金基体材料高温防护涂层的研究热点。研究人员对钼及其合金表面硅化物涂层的改性已开展了广泛的探索,如:(1)采用渗氮、渗硼、渗铝等方式引入有益元素,实现单一元素改性;(2)利用多种元素进行复合改性或形成梯度化涂层;(3)引入增强相对涂层进行改性。渗氮改性改变了硅化钼涂层的微观结构,使涂层与基体间的热膨胀系数更为接近。渗硼改性能改善涂层的自愈合能力,形成的T2(Mo5SiB2)合金层能降低硅的内扩散速率。渗铝改性使硅化物涂层在低温氧化时形成Al 2O 3-SiO2薄膜,有助于防止MoSi 2涂层的低温“pesting”失效。在复合改性与形成梯度化涂层方面,渗碳改性可利用涂层中各元素与基体的反应形成梯度化涂层,改善涂层与基体的热膨胀系数差异并阻碍有益硅向基体扩散。渗铬改性则利用铬元素富集在涂层表层,抑制涂层氧化时硅元素的内扩散和MoO 3的挥发。渗钛改性涂层中,钛元素的合金化作用可形成C11b/C40双相结构,其可以改善涂层的高温延展性,且在氧化时形成的致密Si-Ti-O玻璃层能增强涂层的抗氧化能力。此外,利用含锆增强相(如Zr 2和ZrSi2)改性的硅化物涂层在高温氧化下生成高熔点ZrO2颗粒,从而在涂层表面形成“骨骼”结构,提升涂层的抗氧化性能。而引入晶须增强相后,晶须的拔出桥连与裂纹转向机制能有效提高涂层的强度和韧性,抑制涂层中裂纹的扩展。基于国内外对单一硅化物和改性硅化物涂层的研究结果,可以总结得出,硅化物涂层抗氧化影响因素主要包括低温“pesting”氧化、涂层与基体间的互扩散、涂层与基体间的热膨胀系数差异。本文结合国内外研究近况,综述了钼及钼合金表面单一硅化物涂层与改性硅化物涂层的研究现状,以及影响硅化物涂层抗氧化性能的关键因素,并简要分析了该领域尚待研究和解决的问题。

关键词：钼钼合金硅化物抗氧化涂层灾难性氧化梯度涂层增强相渗氮渗硼渗铝渗钛渗碳渗铬

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金属硅化物抗氧化涂层的研究进展

中国腐蚀与防护学报 2021年第3期41卷 298-306页

作者：安亮高昌琦贾建刚马勤兰州城市学院培黎机械工程学院兰州730070 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

针对化工领域,阐述了Si-Fe涂层的制备工艺现状,并对其抗氧化机制及工业化应用发展进行了说明;对于高温防护领域,重点综述了Si-Mo、Si-Zr两种高温防护涂层的研究现状,并介绍了不同元素对涂层抗氧化性能的合金化改善效果及其抗氧化机制。... 详细信息

针对化工领域,阐述了Si-Fe涂层的制备工艺现状,并对其抗氧化机制及工业化应用发展进行了说明;对于高温防护领域,重点综述了Si-Mo、Si-Zr两种高温防护涂层的研究现状,并介绍了不同元素对涂层抗氧化性能的合金化改善效果及其抗氧化机制。相对于单层涂层,双层或多层复合硅化物涂层具有极佳的可设计性,并能够兼顾耐热性能与结合强度的要求,避免涂层与基体间热膨胀失配、元素扩散等缺陷的产生,举例说明了其设计理念及性能优势。展望了难熔金属硅化物涂层的发展方向,为其工程应用提供理论支持。

关键词：硅化物抗氧化性能合金化复合涂层

过渡族金属硅化物改性硼化铪涂层的制备与高阻氧机制

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过渡族金属硅化物改性硼化铪涂层的制备与高阻氧机制

作者：张盟林中国矿业大学

学位级别：硕士

碳结构材料因其低密度、高比强度、优异的力学性能等优点,被广泛应用于航空航天高温部件,是国防和民用领域不可或缺的结构材料。但400℃以上易氧化的特性严重限制了碳材料的应用。涂层技术是提高碳结构材料高温性能的最佳选择,在众多陶... 详细信息

碳结构材料因其低密度、高比强度、优异的力学性能等优点,被广泛应用于航空航天高温部件,是国防和民用领域不可或缺的结构材料。但400℃以上易氧化的特性严重限制了碳材料的应用。涂层技术是提高碳结构材料高温性能的最佳选择,在众多陶瓷涂层中,Hf B-SiC体系在超高温环境下表现出较高的抗氧化能力。然而,当服役温度高于1600℃时,该体系在氧化过程中生成的气体副产物的挥发以及SiC的活化氧化严重影响涂层的防护效果。硅化物作为第二硅源可以实现涂层表面的快速成膜,修复涂层的氧化损耗。因此,本文通过放电等离子烧结法在石墨基体表面分别制备Hf B-SiC-MSi(M=Ta、Zr和W)高阻氧涂层,研究硅化物对Hf B-SiC基复合涂层在1700℃静态有氧环境、600-1700℃有氧环境下的改性效果,以及低温预氧化处理对涂层成膜质量的影响,结合XRD、SEM、EDS、TEM等测试方法对涂层在宽温域氧化过程中的相组成、微观结构等进行表征,探明硅化物对涂层阻氧能力的影响。主要的研究内容和结果如下:为了排除碳基体氧化对涂层氧化动力学的干扰,还原硅化物改性Hf B-SiC涂层在宽温域下的真实防护规律,本文依据“基体、标样和涂层试样”的数据采集方式,建立了针对高阻氧涂层构建的评价体系,将涂层防护机制划分为自身结构阻氧与玻璃层惰化阻氧,揭示硅化物组分与含量在Hf B-SiC涂层氧化过程中的作用机制,定量表征硅化物对涂层防护效率、碳损失速率以及氧气渗透率的影响,深度剖析涂层的阻氧能力。本文采用放电等离子烧结法低温加压快速制备了Hf B-SiC-MSi复合涂层,探究了硅化物含量对Hf B-SiC涂层在1700℃阻氧机制的影响,结果表明,20%Ta Si、10%Zr Si和10%WSi的添加有效提高了涂层的抗氧化能力,在1700℃氧化100 min后,碳损失速率均值分别为0.30、1.78和1.51×10 g·cm·s,均低于Hf B-SiC涂层的2.25×10 g·cm·s,彰显出硅化物优异的改性效果。在1700℃氧化过程中,硅化物出色的惰化能力抑制了SiC的活化氧化,而由硅化物氧化引起的适当体积膨胀抑制了Hf B氧化后的疏松化现象,从而提高了涂层的结构阻氧能力。此外,由于硅化物的内生分散和Si O玻璃的外生弥散作用,加速了其在非晶态硼硅酸盐玻璃中的弥散速度,从而形成了Hf-M-B-Si-O复相玻璃层。涂层在氧化过程不断的弥散形成过渡族金属氧化物纳米晶颗粒,增加了玻璃层的非熔融区域,利用氧化物弥散降低玻璃层的流动性,进而降低氧气扩散深度,涂层的氧气渗透率从1.41%(Hf B-SiC)降低到0.31%(Hf B-SiC-Ta Si)、1.16%(Hf B-SiC-Zr Si)和1.22%(Hf B-SiC-WSi),表现出优异的抗氧化性能。研究了三种硅化物改性涂层体系在变温(600-1700℃)环境下的高阻氧机制,结果表明,Ta Si的氧化产物TaO在变温氧化过程中的稳定性较高,显著提升玻璃膜的粘度,在变温环境中表现出良好的稳定性;Zr Si的氧化产物Zr O在变温过程中会发生晶型转变,在涂层内部产生内应力,在加速Si O自愈合行为的同时也会加剧氧化物富集的现象;WSi的氧化产物WO具有快速挥发现象,影响涂层的结构阻氧能力。在变温氧化过程中,Hf B-SiC组分的碳损失速率为0.89×10 g·cm·s,均高于Ta Si、Zr Si和WSi体系的0.15、0.17和0.79×10g·cm·s,这也进一步表明,要使涂层拥有高阻氧能力,涂层必须具备高致密涂层结构以抑制氧气渗透,提升涂层的静态阻氧能力;又需要拥有低的氧化损耗程度,以提升涂层的动态阻氧能力。通过变温氧化过程中温度的分段研究,确定预氧化温域区间(1300-1600℃),研究表明,三种硅化物添加后均在1500℃预氧化后表现出良好的抗氧化效果,相较于未预氧化的涂层试样,Ta Si涂层的碳损失速率从0.30×10 g·cm·s降低到了0.19×10 g·cm·s,Zr Si涂层从1.78×10 g·cm·s降低到0.33×10 g·cm·s,WSi涂层从1.51×10 g·cm·s降低到1.04×10 g·cm·s。低温预氧化处理加速了过渡族金属氧化物在涂层表面的弥散速度,预氧化温度较低时,涂层表面存在未氧化完全的相成分,玻璃膜的惰化能力被削弱,当面临更高的服役温度时,未氧化区域同样会氧化挥发,从而成为氧气的扩散路径,相反,预氧化温度过高时会导致涂层的氧化活性升高,在涂层表面形成大量的孔洞、裂纹等缺陷,严重影响涂层的抗氧化效果。该论文共有图82幅,表2个,参考文献125篇。

关键词：放电等离子烧结硅化物 HfB2-SiC涂层预氧化石墨材料

基于自蔓延燃烧合成的二元过渡族金属硅化物改性ZrB2涂层阻氧性能研究

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基于自蔓延燃烧合成的二元过渡族金属硅化物改性ZrB2涂层阻氧性能...

作者：陈跃星中国矿业大学

学位级别：硕士

碳结构材料因其优异的物理化学性能而被广泛应用于航空航天、深空深地等高低温交替的极端环境。然而,囿于高温下的低抗氧化性和氧脆现象,碳结构材料的应用备受桎梏。在应用于碳结构材料表面的涂层中,ZrB基涂层展现出优异的宽温域氧化防... 详细信息

碳结构材料因其优异的物理化学性能而被广泛应用于航空航天、深空深地等高低温交替的极端环境。然而,囿于高温下的低抗氧化性和氧脆现象,碳结构材料的应用备受桎梏。在应用于碳结构材料表面的涂层中,ZrB基涂层展现出优异的宽温域氧化防护能力。然而,低熔点氧化产物BO的气化不仅使得氧阻挡结构发生灾难性演变和结构性分裂,而且会削弱密封玻璃膜抑制氧气渗透的能力。过渡族金属硅化物改性不仅可以作为硅源快速生成更高熔点的玻璃膜,还可以利用多重过渡族金属氧化物间的协同效应,强化密封复相玻璃层惰化氧气扩散和渗透的能力,进一步提高涂层的防护性能。此外,鉴于高价态、小半径过渡族金属Ta具有较强的离子络合能力,有望实现在涂层表面创建具有低透氧性的密封复相玻璃膜。为定量化解释钽改性剂的作用,亟需深化研究钽含量变化对复合涂层阻氧能力的影响。因此,本文首先研究了不同TaB含量涂层的抗氧化能力以及成膜温度对Ta-B-Si-O复相玻璃膜氧阻隔能力的影响。此外,为抑制ZrB基涂层的破坏性动态演变,本文采用自蔓延高温合成技术制备了ZrB-MoSi-TaSi和ZrB-HfSi-TaSi等高活性复合粉体增强涂层的烧结性能,然后结合放电等离子烧结的低温热压烧结技术在碳基体表面分别制备氧阻挡强化的ZrB-MoSi-TaSi和ZrB-HfSi-TaSi复合涂层,研究了Ta基化合物含量和双过渡族金属硅化物协同强化对ZrB基涂层阻氧性能的影响。主要的研究内容和实验结果如下:钽含量变化对复合涂层在1500℃氧化结果表明,较低的钽含量可以有效地抑制玻璃层中孔隙的产生,提高涂层结构氧阻隔能力和玻璃膜惰性氧阻隔能力,使得40TaB-60SiC涂层的氧气渗透率降低62.16%。在氧化过程中,高价态金属阳离子Ta具有较强的离子络合能力,不仅提高了复相玻璃膜的整体粘度和骨架强度,还增强了涂层对阻氧结构动态演变的惰性响应能力。然而,过高的Ta含量反而会削弱密封玻璃层的自修复效率并增加氧气渗透速率。此外,1100-1600℃宽温域成膜处理研究表明,较高的成膜处理温度可以提高自生玻璃膜的流动性,促进Ta纳米晶体颗粒均匀地弥散在Ta-B-Si-O复相玻璃层中,进而增强其自修复和密封效果。随着成膜温度的提高,涂层的结构因子和惰性因子值逐渐降低,1500℃成膜处理后涂层具有最佳的阻氧效果,相较于未处理试样,其值分别下降了43.12%和17.33%。通过研究Ta与过渡族金属Mo、Hf硅化物合金化形成双硅化物改性ZrB涂层发现,50ZrB-(MoSi-10TaSi)涂层的最大重量增重和氧气渗透率相较于50ZrB-MoSi涂层分别下降了48.21%和28.87%,而50ZrB-(HfSi-30TaSi)涂层的最大重量变化速率相较于50ZrB-HfSi涂层从5.27 g·cm·s下降到1.09g·cm·s,下降了79.32%,氧气渗透率下降了93.75%,彰显出Ta与过渡族金属Mo、Hf硅化物合金化制备双硅化物形成复合涂层具有优异的抗氧化防护效果。在高温氧化过程中,TaSi氧化引发适当的体积膨胀可以促进熔融态SiO玻璃相密封和修复涂层内部的结构损伤及抑制ZrB氧化造成的结构疏松化,进而夯实ZrB-MeSi(Me=Mo、Hf)涂层自身的结构氧阻挡壁垒。此外,TaSi的自分离效应和络合成膜作用有助于剥离和细化团聚的双过渡族金属Zr/Hf氧化物颗粒,并促进其在非晶态SiO玻璃膜中流动扩散,从而形成Zr-B-Me-Ta-Si-O密封复相玻璃膜。当玻璃层处于高温氧化呈现软化状态时,高熔点的过渡金属氧化物以硬质颗粒的形态钉扎在玻璃膜中,使得玻璃层的未熔化面积增大,这不仅阻碍了氧气的线性扩散过程,还延长了它们的扩散路径,进而降低了氧气的扩散速率,涂层的抗氧化防护效率提高到99.71%(50ZrB-(MoSi-10TaSi))和99.84%(50ZrB-(HfSi-30TaSi)),这表明Ta协同过渡族金属Mo、Hf硅化物合金化改性ZrB涂层过程中适量的TaSi具有更优异的阻氧防护性能。当TaSi-MeSi中TaSi含量过高时,大量溶解的Ta加剧了氧化物局部聚集并形成松散的树枝晶结构或板片状结构,这不仅使得密封玻璃膜的完整结构被破坏,而且还通过提供氧气扩散通道进一步加速氧化。此外,由于更多大分子Ta ZrO或HfTaO相的形成,过渡族金属氧化物难以溶入和扩散到SiO玻璃中,导致了玻璃膜粘度急剧增加,这不仅削弱了玻璃层的自修复能力,还破坏了ZrB-MeSi涂层的结构稳定性。涂层的氧气渗透率增加至0.73%(50ZrB-(MoSi-30TaSi))和0.53%(50ZrB-(HfSi-40TaSi)),而防护效率降低到99.18%(50ZrB-(MoSi-30TaSi))和99.47%(50ZrB-(HfSi-40TaSi)),表明TaSi改性剂超过阈值添加量后反而会弱化复合涂层的氧阻隔性能。该论文共有图47幅,表2个,参考文献126

关键词：自蔓延合成氧化 Ta基化合物抗氧化涂层硅化物

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铌合金高温热防护及其抗氧化硅化物涂层

中国材料进展 2018年第10期37卷 817-825页

作者：孙佳王玉付前刚西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 西安工程大学纺织与材料学院陕西西安710048

铌及其合金具有熔点高、密度适中、易焊接、高温强度和可加工性能良好等特点,被认为是理想的应用在1200～1500℃高温结构热端部件的候选材料,但其较弱的抗氧化性能是工程化应用的瓶颈。综述了铌及其合金的高温氧化特点和热防护方法,指... 详细信息

铌及其合金具有熔点高、密度适中、易焊接、高温强度和可加工性能良好等特点,被认为是理想的应用在1200～1500℃高温结构热端部件的候选材料,但其较弱的抗氧化性能是工程化应用的瓶颈。综述了铌及其合金的高温氧化特点和热防护方法,指出涂层方法是铌及其合金走向工程化应用的关键。介绍了近年来应用于铌及其合金表面的抗氧化涂层体系,其中硅化物涂层热防护体系因其表面能形成分布均匀、组织稳定且热扩散速率低的硅酸盐玻璃而抗氧化性能优异。总结了硅化物涂层的主要制备方法和组织特点,并对所得涂层的抗氧化性能进行了分析对比,指出抗氧化硅化物涂层的制备技术复合化是未来发展的方向。抑制硅化物涂层与铌及其合金基体的反应互扩散,进一步提高抗氧化硅化物涂层的使用温度,增加涂层的隔热性能、降低涂层的热发射率是未来亟待解决的问题。

关键词：铌合金硅化物涂层制备技术抗氧化性能

Ti-38644合金中硅化物的溶解析出及对力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2017年第S1期46卷 5-10页

作者：巴宏波董利民张志强王海忠徐东生杨锐中国科学院金属研究所辽宁沈阳110016 辽宁工业大学辽宁锦州121001

研究了Ti-38644合金中硅化物的溶解和析出行为及其对室温拉伸性能的影响,并利用扫描电镜和透射电镜对显微组织、析出相及拉伸断口进行了观察和分析。结果表明,合金中的杂质Si导致(TiZr)_6Si_3硅化物的形成。在700~950℃之间固溶1 h后,... 详细信息

研究了Ti-38644合金中硅化物的溶解和析出行为及其对室温拉伸性能的影响,并利用扫描电镜和透射电镜对显微组织、析出相及拉伸断口进行了观察和分析。结果表明,合金中的杂质Si导致(TiZr)_6Si_3硅化物的形成。在700~950℃之间固溶1 h后,合金中的硅化物随固溶温度升高逐渐溶解,而950℃固溶样品中未观察到硅化物。由于硅化物的溶解和β晶粒长大,800~950℃之间固溶后的合金强度随固溶温度升高而降低。合金经1100℃固溶1 h,再经750~900℃时效1 h后,硅化物在晶界处析出,而在700℃和950℃时效1 h的样品中未见硅化物的析出。800~950℃之间时效后的合金强度基本不变,晶界硅化物对合金抗拉强度影响不大,但合金塑性随晶界硅化物含量减少而提高,断裂模式由脆性断裂转变为韧性断裂。

关键词： Ti-38644钛合金硅化物拉伸性能断裂模式

近α型TG6高温钛合金中硅化物的沉淀析出行为

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航空材料学报 2012年第5期32卷 32-36页

作者：李娟蔡建明段锐北京航空材料研究院北京100095

采用光学显微镜(OM),透射电镜(TEM)研究了近α型TG6钛合金在不同热处理状态下硅化物的沉淀析出行为。结果表明,硅化物优先在原始β片层上析出,同时,在有些α基体中也有硅化物的析出。硅化物呈现长杆状或椭球状,为六方结构的S2型((TiZr)6... 详细信息

采用光学显微镜(OM),透射电镜(TEM)研究了近α型TG6钛合金在不同热处理状态下硅化物的沉淀析出行为。结果表明,硅化物优先在原始β片层上析出,同时,在有些α基体中也有硅化物的析出。硅化物呈现长杆状或椭球状,为六方结构的S2型((TiZr)6Si3)硅化物,与α基体没有确定的取向关系。在透射电镜下可以看出,硅化物分布并不均匀。在600℃热暴露过程中,随着热暴露时间的延长,硅化物的数量增多尺寸增大。析出的硅化物与位错发生交互作用形成位错堆积,可以有效阻碍位错的滑移运动,提高合金强度。

关键词： TG6钛合金硅化物沉淀析出

TiB增强近α高温钛基复合材料热变形过程组织演变及硅化物析出行为研究

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TiB增强近α高温钛基复合材料热变形过程组织演变及硅化物析出行...

作者：孙世臣山东理工大学

学位级别：硕士

TiB增强钛基复合材料因具有高比强度和高蠕变抗性的特点,在航空航天领域得广泛的应用。TiB增强相的引入虽克服了基体合金热强性差的缺点,却恶化了材料的成形性能。众所周知,热变形能够充分的激发钛基复合材料的潜力,并改善其较差塑性,... 详细信息

TiB增强钛基复合材料因具有高比强度和高蠕变抗性的特点,在航空航天领域得广泛的应用。TiB增强相的引入虽克服了基体合金热强性差的缺点,却恶化了材料的成形性能。众所周知,热变形能够充分的激发钛基复合材料的潜力,并改善其较差塑性,达到良好的强塑性匹配。研究热变形过程中显微组织的演变,硅化物的析出行为及细晶强化、承载强化、沉淀强化之间的协同强化机理,对结构材料的工程应用有着重要的意义。本文通过铸态热处理、热压缩及多向锻造等手段研究了TiB增强钛基复合材料热变形过程中组织演变及硅化物的析出行为,阐明了动态再结晶及协同强化机制,并建立起了显微组织与力学性能的对应关系。本文测试了钛基复合材料及其基体的微区硬度,发现TiB增强钛基复合材料的平均微区硬度较基体合金提升14.4%。通过对比不同尺寸及距TiB不同远近处的α相显微硬度,发现TiB增强高温钛基复合材料微区硬度的提升主要源于TiB增强相引起的基体组织细化以及靠近TiB增强相附近区域的基体受压缩变形时易于受阻。对铸态钛基复合材料进行了不同工艺的热处理,研究了显微组织和硅化物析出的演变规律。在α/β两相区随着热处理温度的升高,α相含量降低,硅化物含量增加、尺寸增大;在β单相区进行热处理时,基体组织为细针状马氏体,硅化物含量随温度升高降低;保温时间对基体组织影响较小,当超过30 min后,硅化物的析出不再受时间延长的影响;相较于水淬和空冷,炉冷时缓慢的冷却速度导致初生α相粗化,在原始α相界处先析出的硅化物被粗化的α相包围,因此观察到部分硅化物分布在α相内部;由于升温过程中硅化物的不断析出,随炉升温的钛基复合材料中硅化物的含量要远高于快速升温。研究了热压缩变形温度、应变速率和应变量对组织演变和硅化物析出行为的影响。在α/β两相区低温区进行热压缩时,初生α相的再结晶不明显,细小的硅化物弥散分布在α相的界面处,α相再结晶随着温度的升高变得剧烈;β单相区热压缩完成后的水淬过程中,β相转变为细针状的马氏体。随着应变的增加,初生α相的含量减少、动态再结晶以及TiB沿压缩轴的垂直分布导致了应力的稳定。由于取向差的不断积累引发的初生α相的连续动态再结晶,削弱了基体的织构强度。TiB增强相随着应变的增加沿垂直于压缩方向定向分布。再结晶机制可以归因于应变诱导晶界迁移及TiB和硅化物的颗粒激发形核。TiSi型硅化物主要分布在TiB和初生α相的界面上,且硅化物与TiB晶须之间的界面是非共格的。TiB晶须的硬度远高于基体,阻碍了位错的运动,且其界面处的生长台阶为硅化物的析出提供了形核质点,二者共同加速了硅化物的析出。研究了多向锻造钛基复合材料显微组织特征及硅化物析出行为,量化了多向锻造后细晶强化、硅化物的沉淀强化和TiB晶须的承载强化的强化效率。研究发现多向锻造后复合材料的显微组织由等轴α相、均匀分布的TiB增强相和双尺度硅化物组成。多向锻造过程中位错导致的元素扩散的加速促进了硅化物的析出。由于α相的细晶强化和硅化物的沉淀强化,室温多向锻造后复合材料的强度提高了约151.9 MPa,而TiB晶须的承载强化效率随着长径比的减小而降低。多向锻造钛基复合材料在700℃下的强度降低了约28.3Mpa,但其塑性明显提高,延伸率达到116.8%。强度下降的原因主要是晶界容易产生裂纹以及硅化物的沉淀强化作用减弱。

关键词：钛基复合材料显微组织硅化物多向锻造力学性能