【摘 要】
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非连续颗粒增强钛基复合材料(PRTMCs)由于其低密度、高比强度、高温耐久性和耐腐蚀性能等优点,在航空航天和汽车工业中关键部件的应用或者潜在应用具有广阔的前景。但通过原位反应制备的钛基复合材料铸态塑性差,变形抗力大,限制了其发展。通过热加工技术可以调控组织形貌,达到改善力学性能的要求。本文对铸态TiB_w/Ti复合材料进行多向锻造来细化晶粒。并研究了锻后细晶钛基复合材料的热变形行为,阐释了不同条件
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非连续颗粒增强钛基复合材料（PRTMCs）由于其低密度、高比强度、高温耐久性和耐腐蚀性能等优点,在航空航天和汽车工业中关键部件的应用或者潜在应用具有广阔的前景。但通过原位反应制备的钛基复合材料铸态塑性差,变形抗力大,限制了其发展。通过热加工技术可以调控组织形貌,达到改善力学性能的要求。本文对铸态TiBw/Ti复合材料进行多向锻造来细化晶粒。并研究了锻后细晶钛基复合材料的热变形行为,阐释了不同条件下变形的组织演变规律,优化了加工参数。还研究了锻后热处理对细晶钛基复合材料的组织与性能的影响。对TiBw/Ti复合材料分别在980℃和1020℃进行多向锻造,多向锻造能够显著改变基体组织形貌以及增强相形态。980℃锻后组织由等轴α相和少量残余β相组成,平均晶粒尺寸为4.6μm。1020℃多向锻后晶粒尺寸进一步细化到2.1μm。增强相长径比大幅降低。1020℃锻后室温抗拉强度提高到1189.8MPa,延伸率为4.54%。强度及塑性的提高主要归根于基体组织的等轴化和细化,以及TiB的均匀分布。1020℃锻后复合材料的高温抗拉强度达到最大714.6 MPa,延伸率增加到24.32%。在平面应变热压缩试验中,变形温度的提高和应变速率的下降会导致流变应力的减小。在应变、应变速率和变形温度的基础上,建立了7.5vol.%TiBw/Ti复合材料的本构方程。计算得该复合材料的热变形激活能为410.40k J/mol。由显微组织分析得,软化机制主要是α相的连续动态再结晶或动态回复。绘制加工图可得,复合材料的最佳热加工窗口为800-950℃/0.001-0.01s-1,此外,其失稳机制主要包括非均匀变形、空洞、TiB的断裂或脱粘。研究了热处理对细晶7.5vol.%TiBw/Ti复合材料组织性能的影响。固溶时效后得到了全等轴、部分等轴和全片层组织。复合材料经1025℃/0.5h/AC+550℃/6h/AC处理后,显微组织为全片层α,获得了最高的室温抗拉强度为1270.9MPa,和最优高温抗拉强度786.0MPa。断裂韧性随固溶温度升高而递增。断裂韧性的显著提高可归因于裂纹扩展路径的曲折程度增加,而裂纹曲折度的增加与片层α相的增多有关。
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