论文部分内容阅读
钛合金由于其具有良好的综合性能与广泛的应用,长期受到国内外学者的高度关注。层片结构材料可以将两种性质不同的材料有机的结合在一起,因为钛层具有良好的塑性,渗氮层具有很好的强度,结合两种材料的优点。从而提高材料的综合性能。因此,研究钛基层片结构具有重要的科学意义及应用价值。本文以厚度为200μ 纯钛箔为原材料,经过高温渗氮处理,利用放电等离子烧结(SPS)技术制备出了层片结构Ti/Ti-N合金材料。对该层片结构Ti/Ti-N合金材料在INSTRON 8871型疲劳试验机上进行室温拉伸试验,以研究其在弹性和塑性变形范围内,抵抗延伸变形的能力以及断裂特征;在CMT5304-30KN型电子万能试验机上进行断裂韧性和三点弯曲测试,以研究其抵抗弯曲和抵抗裂纹扩展的能力;在Gleeble-3800热模拟机上进行高温压缩试验,以研究材料高温变形行为。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)和扫描电子显微镜(SEM)对层片结构Ti/Ti-N合金变形前后的组织结构与断门形貌进行了表征,并通过热处理研究不同热处理温度、时间对材料组织、性能的影响。室温拉伸试验结果表明,层片结构Ti/Ti-N合金的屈服强度达到了586 MPa,抗拉强度达到了635 MPa,相较于纯Ti,屈服强度和断裂强度分别提高了105%和57%。三点弯曲试验与断裂韧性试验结果表明,层片结构Ti/Ti-N合金具有优异的抗弯强度和断裂韧性。断裂侧面形貌表明,层片结构Ti/Ti-N合金出现了裂纹偏转、层间裂纹以及大量二次裂纹等特征,这些特征可以有效的吸收断裂功,断裂韧性得到提升。二次裂纹主要位Ti-N合金层。此外在纯Ti 层还发现了剪切带等塑性变形特征,这种有效的塑性变形对裂纹起到饨化作用。热处理试验结果表明,经过热处理后,材料的界面结合性有一定提高。通过控制热处理时间和温度实现可以调控层片结构Ti/Ti-N合金的Ti-N合金层厚度,进而可以实现对硬度分布的调节。但是,热处理过程中,N元素的扩散以及晶粒长大使得材料的力学性能发生恶化。高温压缩试验结果表明,与层片结构纯Ti相比,层片结构Ti/Ti-N合金拥有更高的流变应力,例如在温度为500℃、变形量为60%、应变速率为0.01 s-1的试验条件下,层片结构Ti/Ti-N合金的峰值流变应力为284 MPa,而层片结构纯Ti的峰值流变应力为247 MPa。建立了层片结构Ti/Ti-N合金的流变应力本构方程。绘制了热加工图,得出了层片结构Ti/Ti-N合金的最佳变形区域为0.01～0.1 s-1/700～800℃。