（材料学专业论文）laves相ticrs2微粒增强ti基合金的制备及其组织、性能和力学行为的研究.pdf

摘要 本文通过非囱耗磁控电弧熔铸和7 0 0 4 cx 2 0 h 高游邋火，制备出了c r 含餐为1 8 3 0 豹含l a v e s 桷7 一t i c r 2 过共撬t i - c r 含金。坶宠发蠛，铸态过共掇t i c r 仑金的 组织为单相d t i ；这种铸态含金在7 0 0 c 保温逮火时，金属闻化合物7 - t i c r 2 沿晶界 耩瞧，势形裁连续分蠢，在隧爨熬空冷避穰中，舍金瘫部会发生一t i 一毡一t i q t i c r z 共析分解，共析组织在合金基体中呈放射状分散祈融。合金含c r 薰越商，祈岛的 t - t i c r 2 数爨越多、尺寸越褪大，台金瓣凝度毽越褰。罗 评价了含l a v e s 褶y t i e r 2 髓一c r 合金在6 5 0 7 8 0 ( 2 温度范黼内的抗氧忧性畿， 并研究了微量y 对其裹滋抗襞织挫能敷影嬲。戥究发现，含c r 量对含l a v e s 鞠t - t i c r 2 j 熏共桥t i - c r 会金的高溢抗戴佬性能裔显著影嗡。当c r 2 6 时，在台金表面甄化膜的内氧化层中，能够生成 较嵩搭积分数豹c r 2 t i o s 葶羹e f 2 0 5 c r 簧合型氧纯锈，裔效缝掇蕊了鬣纯膜隧褥0 原 予向含金内部扩散的能力，使得高温抗瓴化能力显著提高，合金单位面积氯化增重 仗为跨棒条件下缝聪的1 1 2 1 1 3 。奁上述研究结榘靛蘩礁上， 睾者提您了稃l 含l a v e s 相7 - t i c r 2 过共析t 卜c r 合金的氧化过程模型。 研究发现，在c r 2 1 簸，籍只存在一绶谴y 嬲入蟹。对于c r 2 6 的含l a y e s 稠t - t i c r ) t i c r 会愈，加入微爨y 不能起到改善薅湿抗氧化性能的作用。 抗氧纯性能和徽量y 的作雨研究结巢均表螭，含l a v e s 稻t - t i c r 2 过共桥t 卜c r 台愈对氧化温度十分敏感，在6 5 0 7 8 0 。c 的温度范围内，氧化温度每提裹5 0 6 0 ， 合禽静荦位面积氧化增鬟成倍增加。 为了制备出过饱和阉蝰纳米( 或纳米龆) t i c r 复会粉术，本文磺究了过共叛t i c r 会余懿桩械含念讫( m e c h a n i e 8 la l l o y i n g ) 蕊律。f 研究发磷，在球蘑初期的2 h 内，会 发生t i 的o ) 主衍射峰强度迅速降低、( o ! o ) 系二衍射峰强度提离势成为了最强蝰 彀c r 黪秘射蜂强壤提塞豹现象；当球磐辫黼达到3 0 4 0 h 潆，t i 开始释晶能；在球 蘑速度为2 0 0 r m i n 、球辩皖取1 5 ：1 酾使孀2 0 m m 球径的淬火镄球的条僚下，当球蘑 时阐达到8 0 h 时，可制得粒度在1 0 0 n m 以下妁鹄匀纳米粉末，但是，即使v i a 的时 阕超过t 0 0 h ，也没有发蕊l a v e s 襁t i e r 2 在露褪纛装合成? 霹羚寒菇粒壤、瀑掊徽 斑变_ 穗会垒继摇度熬分撰诗葵发魏，m a 篷蘧1 0 h 莛矜寒鑫粒缨缀、爨穆斑交寒舍 袅纯进行褥爨迅速豹对期，经过该酚段豹球癣蜃，c r 懿晶粒凄胃文达到2 0 n m ；递 步延长璩瓣时闻，对获得过媲謦盈鞠溶豹合金耪求是十分必要豹。3 0 4 0 h 是通过 m a 涮套缡米龋或者嚣晶过键弱溶秘一e 台衾耪寒熬合理臻瘗对瓣。 在璩瓣遂爱和过程控制测辫避熬掇t i - c r 合众m a 的影喻研究巾发聪，球磨速 度、过程控制剂及其加入量对m a 的效率、粉末的粒度和团聚程度、因为磨损带入 杂质f e 的爨和来源有显著影响。狂麒京条件相同的情况下，球磨速魔越黼，m a 的 效率越赢，粉来静粒度也越小：不使餍过程控泰8 荆对，v i a 的效率鼹离，褥副瓣粉 术褪凄最夺，毽是，霆聚臻象最巍严熏；筏藤溅赣传为遭程控裁裁，煞够蠢效遮藏 少球瘗露天瓣袭霞羹，餐是疆瑟酸不适含璃徽避筵裁叠一e f 台金1 v i a 蠡冬避舔控裁； 试验确定熬京溪球蘑速度范强为t 5 0 2 0 0 r m i n 。1 本文以m a 过饱和固溶缡米晶t 卜c r 复合粉末为原料，进行了鞭德c r 2 颗粒增 强囊基会念热运会残工艺巍麓激邋必王艺稳茯纯萋秀究。蠢验结莱表麓，程8 6 0 ，1 3 0 0 的温度薄围内。通过热压均能够制餐搬原位t i c r 2 颗粒增强的近全数密藏合衾。 假是，热雁潞度越高，合金的晶睾直尺寸越粗大、增c 也越严重；按照优化得到的热 愿工艺：8 6 0 c x 4 5 m i n ，能够制备出增强相粒度和蒸体晶粒度均小于2 0 0 n m 的t i c r ， 徽糖增强徽潞蘸基台金，增强榴t i c r 2 在纂体中分东均匀。 赢瀑退失褥究发疆，t i c r 2 徽靛趱焱徽鑫曩鏊含袅其鸯是鬈麓缀绞热稳定缝。 菊滋遂次骞裙子含惫孛魏疆浆充分褥擦，莠使台衾鹣娥分窝缀绞麓匀纯，鼗辩，原 秘粉寒中豹絷瑷f e 编聚在8 - t i c r 2 中，形戒t i 、c r 裁f e 平均骧予魄为l ：1 2 ：o 4 5 豹台盒化会瘸潮让合物。忧他得到瀚高澡退火工兹为：7 0 0 c ( 1 0 。1 2 ) h 。 力学蠖缝测塞结鬃表臻，t i c r 2 徽靛壤强檄爨t i 基合金戆室滋溅攫拣鼹超过 i m l 8 3 4 ，抗被强度可达1 2 1 0 , 3 m p a 挠愿强度可达2 2 8 7 2m p a ：抗压断裂延做成变可达 2 1 7 ，比熔铸+ 商温退火工艺制备的古l a v e s 相y - t i c r 2t i c r 合余提商倍，比纯会 属阔化台物t i c r 2 提高一个数量缴：篡6 0 0 , 、- 7 0 0 ( 2 的离温压缩力学性能明擞优予采用 反鹿热蹑法r h p ( r e a c t i v eh o tp 糟s s i n 黔馘备酌原穰聪8 + 萎c ) 增强钛基复合材辩。 荚键谲 鬏裁避强铁基秒辩，l a v 。s 穗譬e r 2 ，惑记秒，瓿援缈，避孽控 裁魏，热垂，致密纯，激菇，霞徽缓绠，力学瞧麓 ” a b s t r a c t a l l o y sw i t hl a v e sp h a s ey - t i c r 2a n dc h r o m i u m c o n t e n tf r o m18 t o3 0 w e r ef a b r i c a t e d b ym e a n s o fn o n - c o n s u m a b l ee l e c t r o d ea r cm e l t i n ga n da na n n e a l7 0 0 ( 2 2 0 h ，i tw a sf o u n dt h a t t h ea s c a s th y p e r e u t e c t o i dt i - c ra l l o y sw e r es o l e l yc o m p o s e do f3 - t ia n d t h el a v e sp h a s e7 - t i c r 2 w o u l d p r e c i p i t a t ea l o n g t h eg r a i nb o u n d a r yt of o r man e tw h e n t h e yw e r ea n n e a l e da t7 0 0 。c a n d t h e na ne u t e c t o i dt r a n s f o r m a t i o n3 - t i d t i 竹- t i c r 2w o u l dh a p p e n e di l lt h em a t r i xt of o r m e u t e c t o i db u l k si nar a d i a t i v es h a p ed u r i n ga i rc o o l i n gf r o m7 0 0 。ct or o o mt e m p e r a t u r e t h e h i g h e rt h ec h r o m i u m c o n t e n tw a s ，t h em o r et h eq u a n t i t ya n dt h el a r g e rt h es i z eo f 7 一t i c r 2a n dt h e h i g h e rt h eh a r d n e s so f t h ea l l o yw e r e t h eh i g ht e m p e r a t u r eo x i d a t i o nb e h a v i o r so ft h et i c ra l l o y sw i t hl a v e sp h a s e7 - t i c r 2i nt h e r a n g eo f 6 5 0 c 7 8 0 c a n dt h ei n f l u e n c eo f y t t r i u ma d d i t i o nf r o m0 0 1 2 5t o0 0 5 0 0 o nt h eh i g h t e m p e r a t u r eo x i d a t i o nr e s i s t a n c eo ft h ea l l o y s w e r e i n v e s t i g a t e d ，r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t so n o x i d a t i o nb e h a v i o r sr e v e a l e dt h a tc h r o m i u mc o n t e n th a ds i g n i f i c a n c et ot h eo x i d a t i o nr e s i s t a n c eo f t h ea l l o y s t h es c a l i n gr a t e so f t h ea l l o y sw i t hl e s st h a n2 6 c rw e r eh i g h e rt h a nt h a tm e a s u r e df o r p u r et i t a n i u m ，b u tf o rt h ea l l o y sw i t hm o r e t h a n2 6 c rt h e i rs c a l i n gr a t ew a sl o w e r b y1 2t i m e s ， u n d e rt h es a m eo x i d i z i n gc o n d i t i o n s ，w h i c hw a sc o n t r i b u t e dt ot h ef o m a a t i o no fb o t hc h r o m i u m o x i d e sa n dm u l t i p l et i t a n i u m c h r o m i u mo x i d e st h a ta l lc o u l de f f e c t i v e l yb l o c kt h ed i f f u s i o no f o x y g e na t o m s i nt h ei n t e r n a lo x i d a t i o nl a y e r o nt h eb a s i so fa b o v er e s u l t sa no x i d a t i o nm o d e lo f h y p e r e u t e c t o i dt i - c ra l l o y sw i t hl a v e sp h a s ey - t i c r 2w a sp r o p o s e d y t t r i u ma d d i t i o nh a das i g n i f i c a n ti m p a c to nt h eh i g ht e m p e r a t u r eo x i d a t i o nr e s i s t a n c eo f h y p e r e u t e c t o i dt i c ra l l o y sw i t hl a v e sp h a s e7 - t i c r 2a n dc h r o m i u mc o n t e n tl o w e rt h a n2 6 c r i nt h er a n g eo ft h i ss t u d y , t h el o w e rt h ec rc o n t e n ta n dt i l eo x i d a t i o n t e m p e r a t u r ea n dt h en l o r ey a d d i t i o ni nt h e a l l o y s w i t hc h r o m i u mc o n t e n tb e l o w2 1 ，t h em o r ee f f e c t i v e l yt h e h i g h t e m p e r a t u r eo x i d a t i o nr e s i s t a n c ec o u l db ei m p r o v e d ，w h i c hw a sc o n t r i b u t e dt ot h ef i n i n go ft h e g r a i n so f t h eo x i d e si nt h es c a l ea n dt h ei m p r o v e m e n to f t h es c a l e sa d h e r e n c et ot h em a t “xo f t h e a l l o y a sw e l la st h ef o r m a t i o no fn m h i p l et i t a n i u m c h r o m i u m o x i d e s ，s u c ha sc r 2 t i 0 5a n d c r 02 8 4 t i 07 1 4 0 18 5 7 ，i nt h ei n t e m a ll a y e r h o w e v e r , f o rt h ea l l o y sw i t hc h r o m i u mc o n t e n ta b o v e 2 1 ，t h e r ew a sa no p t i m a lc h r o m i u ma d d i t i o n y t t r i u ma d d i t i o ni na l l o y sw i t hc h r o m i u m c o n t e n t h i g h e rt h a n2 6 s h o w e dn oe f f e c ti ni m p r o v i n gt h eh i g h t e m p e r a t u r eo x i d a t i o nr e s i s t a n c e 强er e 姓建so n 幻虫o x i d a t i o nb e h a v i o r so f t h ea l l o y sa n dy t t r i u m si n f l u e n c er e v e a l e dt h a t o x i d a t i o nt e m p e r a t u r es i g n i f i c a n t l ya f f e c t e dt h es c a l i n gr a t e so f t h eh y p e r e u t e c t o i dt i c ra l l o y s ， a n dt h em a s sg a i nw a si n c r e a s e db yt i m e sw i t hat e m p e r a t u r ec h a n g ef r o m6 5 0 c t o7 0 0 4 co r f r o m7 0 0 ct o7 8 0 cf o rt h es a m ee x p o s u r ed u r a t i o n 。 i no r d e rt of a b r i c a t es u p e r - s a t u r a t i o nt i m c ra l l o y e dp o w d e r sw i t hn a n o - g r a i n st h em e c h a n i c a l a l l o y i n go f b o t ht i - 2 0 c ra n dt i - 3 0 c ra l l o y sw i t he l e m e n t a lt i t a n i u ma n dc h r o m i u mp o w d e r s a sr a wm a t e r i a l sw a si n v e s t i g a t e d i tw a sf o u n dt h a tt h ei n t e n s i t yo ft h ef i r s ts t r o n g e s t ( o l1 ) p e a k o ft i t a n i u mi nt h ex r d p a t t e r nr a p i d l yd e c r e a s e dd u r i n gt h ef i r s t2h o u rb a l lm i l l i n g ，b u tt h a to f t h es e c o n ds t r o n g e s t ( o l o ) p e a ki n c r e a s e d ，w h i c ht h e nb e c a n a et h ef i r s ts t r o n g e s tp e a k ，a st h o s eo f t h ep e a k so fc h r o m i u md i da tt h es a m et i m e t h ea m o r p h i z a t i o no ft i t a n i u mp o w d e r sg r a d u a l l y t o o kp l a c ea sb a l lm i l l i n gt i m er e a c h e d3 0t o4 0h o u r sa n dw i t ham i l l i n gr a t e2 0 0 r r a i n ，a m i l l i n g b a l l ：p o w d e rw e i g h tr a t i o 1 5 ：la n d1 0m mi nr a d i u ss t e e lb a l l sa sm i l l i n gb a l l s ， n a n o p o w d e r sc o u l db e o b t a i n e da st h em i l l i n gt i m ea p p r o a c h e dt o8 0h o u r s h o w e v e rn ol a v e s p h a s eh a db e e ne v e rf o u n d e dd u r i n ge v e ns u c hal o n gt i m eb a l lm i l l i n ga s 1 0 0h o u r s ，t h e o r e t i c c a l c u l a t i o nf i g u r e do u tt h a tt tw a si nt h ef i r s t1 0h o u rb a l lm i l l i n gp e r i o dt h a tt h ee f f i c i e n c yo f g r a i nf i n i n g ，c r y s t a l l a t t i c ed e f o r m a t i o na n da l l o y i n ga p p e a r e dh i g h e s ta n dc h r o m i u mp o w d e r s w i t hag r a i ns i z el e s st h a n2 0n mc o u l db ef a b r i c a t e d ，b u ts u c c e s s i v em i l l i n gw a se x t r e m e l y i m p o r t a n tf o rt h ef a b r i c a t i o no fs u p e r s a t u r a t i o na l l o y e dp o w d e r s + f i n a l l y3 0 4 0h o u rb a l lm i l l i n g w a sc o n s i d e r e da sr a t i o n a lf o rt h ef a b r i c a t i o no f t h es u p e r s a t u r a t i o nn a n o g r a i na n d o ra m o r p h o u s t i c ra l l o y e dp o w d e r s t h ei n f l u e n c eo fb a l lm i l l i n gr a t ec h a n g e ? o r e12 5t o2 2 5 r h n i na n dp r o c e s sc o n t r o la g e n t s i n c l u d i n ge t h a n o l ，s t e a r i ca c i da n dt h e i rm i x t u r ew i t ha na d d i t i o nf r o m0t o4 5 o nm e c h a n i c a l a l l o y i n go f t h eh y p e r e u t e c t o i dt i c ra l l o y sw a st h e ni n v e s t i g a t e dt oo p t i m i z et h em a p r o c e s s t h e r e s u l t sr e v e a lt h a tb a l lm i l l i n gr a t e ，p r o c e s sc o n t r o la g e n ta sw e l la si t sa d d i t i o n p u t a h e a v yi m p a c t o nt h ee f f i c i e n c yo fm a ，t h es i z ea n da g g l o m e r a t i o no f m e c h a n i c a l l ya l l o y e dp o w d e r sa n dt h e q u a n t i t ya n d s o u r c e so f i m p u r i t i e s f b r a b r a s i o n o f b o t h m i l l i n gb a l l s a n d m i l l i n g j a r d u r i n g t h e m a p r o c e s s t h eh i g h e rt h em i l l i n gr a t e ，t h eh i g h e rt h ee f f i c i e n c yo fm aa n dt h es m a l l e rt h es i 勰o f t h ep o w d e r s ，a so t h e rm i l l i n gc o n d i t i o n sw e r eu n c h a n g e d w i t hn op r o c e s sc o n t r o l a g e n t ，t h e e f f i c i e n c y o fb o t hm aa n dp o w d e rf i n i n gw o u l db et h e h i g h e s t ，b u tt h e r ew o u l db es e f i o u s a g g l o m e r a t i o ni nt h em e c h a n i c a l l ya l l o y e dp o w d e r s 。e t h a n o lc o u l db eu s e da sau s e f u lp r o c e s s c o n t r o la g e n ti nt h ea i mo fl o w e r i n gt h eq u a n t i t y o f i m p u r i t i e s ，b u ts t e a r i ca c i dw a s n o tp r o p o s 。d t oa p p l yi nt h em a p r o c e s so f e l e m e n t a lt i t a n i u ma n dc h r o m i u mp o w d e r sa sap m 。e 5 8c o n t r o l a g e n t t h ep r o p o s e d b a l lm i l l i n gr a t ef o rt h ea l l o y sw a si nt h er a n g eo f 15 0t o2 0 0 r m i n - f i n a l l yt h eo p t i m i z a t i o no f t h eh o tp r e s sp r o c e s sa n dh i g ht e m p e r a t u r ea n n e a lo fi ns i t ut i c r 2 d a r t i c u l a t er e i n f o r c e dt i t a n i u mb a s e da l l o yw a sp e r f o r m e dw i t hs u p e r - s a t u r a t i o nm e c h a n i c a l l y a l l o y e dn a n o g r a i nt i - c rp o w d e r s a ss t a r t i n gm a t e r i a l sa n di t sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sb o t ha tr o o m t e m p e r a t u r ea n dh i g ht e m p e r a t u r ew e r e t e s t e di tw a sf o u n dt h a tan e a r l yf u l ld e n s i t yi ns i t ut i c r 2 p a r t i c u l a t er e i n f o r c e dt i t a n i u mm a t r i xa l l o yc o u l db ef a b r i c a t e dw h e nt h eh o tp r e s st e m p e r a t u r e w a s i n t h er a n g eo f 8 6 0 - 1 3 0 0 c ，b u t t h eh i g h e r t h eh o tp r e s s t e m p e r a t u r e ，t h e l a r g e r t h eg r a i ns i z e a n dt h eh i g h e rt h ec o n t e n to fc a r b o nt h a td i f f u s ei n t ot h ea l l o yf r o mt h ec a r b o nm o l d t h e o p t i m i z e dh o tp r e s sp r o c e s sf o rt h ef a b r i c a t i o no fi n s i t ut i c r 2p a r t i c u l a t er e i n f o r c e dt i t a n i u m m a t r i x a l l o y w a s p r o p o s e d a s8 6 0 4 5 m i n b y w h i c hi ns i t u t i c r 2p a r t i c u l a t e s w o u l d h o m o g e n e o u s l yp r e c i p i t a t ei nt h em a t r i xa n dt h es i z eo f b o t ht i c r 2p a r t i c u l a t e sa n dt h eg r a i n so f t h em a t r i xw a st i n d e r2 0 0 n m i tw a sf o u n dt h a th i g ht e m p e r a t u r ea n n e a lw a sn e e d e df o rt h ea s h o tp r e s st i t a n i u mm a t r i x a l l o y st os t a b i l i z ei t sp h a s e sa n dg e tah o m o g e n e o u sc o m p o s i t i o na n dt h ea l l o y sh e l do u t s t a n d i n g t h e r m o d y n a m i cm i c r o s t r u c t u r es t a b i l i t y f ea sai m p u r i t yo ft h er a wm a t e r i a l sw a sa l m o s tw h o l l y c o n g r e g a t e di n8 - t i c r 2t of o r mt i f e 0 4 5 c r l2a f t e ra n n e a l t h ep r o p o s e dh i g ht e m p e r a t u r ea n n e a l f o rt h ea s h o tp r e s sa l l o yw a s g i v e n a s7 0 0 * c x ( 1 0 - 1 2 1h t h er e s u l t so fm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sf i g u r e do u tt h a tt h er o o mt e m p e r a t u r eu l t i m a t et e n s i l e s t r e n g t ha n dc o m p r e s s i v ef r a c t u r es t r e n g t ho ft h ei ns i t ut i c r 2p a r t i c u l a t er e i n f o r c e dm i c r o g r a i n t i t a n i u mm a t r i xa l l o y ，u pt o1 2 1 03 m p aa n d2 2 8 7 2m p a r e s p e c t i v e l y , w a sh i g h e rt h a nf l a o s eo f l m l 8 3 4 a n di t sc o m p r e s s i v ef r a c t u r es t r a i n ，t i pt o2 1 戳，v a sh i g h e rt h a nt h a to f b o t h t h et i - c r a l l o y 谢1 1 1l a v e s p h a s e7 - t i c r 2f a b r i c a t e db ym e l t i n g a n n e a l i n gp r o c e s sa n di n t e r m e t a l l i ct i c r 2b yo n et i m ea n da f o l d ，r e s p e c t i v e l ya n di t sh i g ht e m p e r a t u r ec o m p r e s s i v ey i e l d i n gs t r e n g t hi nt h er a n g eo f 6 0 0 。7 0 0 。c w a sa l s o m u c h h i g h e r t h a n t h a t o f l 5 v 0 1 ( t i b + l q c ) t i f a b r i c a t e d b yr e a c t i v e h o t p r e s s k e yw o r d sp a r t i c u l a t er e i n f o r c e dt i t a n i u mm a t r i xc o m p o s i t e ，l a v e sp h a s e t i c r 2 ，o x i d a t i o n ， m e c h a n i c a l l ya l l o y i n g ，p r o c e s sc o n t r o la g e n t ，h o tp r e s s ，d e n s i t i f i c a t i o n ，m i c r o g r a i n ， m i c r o s t r u c t u r e ，m e c h a n i c a lp r o p e r t y 皇查杰鲎鲤圭堂焦擅塞一 第一章颡粒增强钛基复合材料的研究现状 l 。1 鞭靛增强钛基复合材料 钛台黛因为具有比强度、眈冈0 度突出和黼腐饿、耐高温等优异性能，融第二次世界大 战以后迅滤成为高温结构材料的研究热点。经过近s o 年的努力研究和开发，商温钛合金 的研究和j 囊用都取得了巨大的成就，其室濑抗拉强度已由当初t i 一6 a i 4 v 的 3 0 0 ，4 0 0 m p a 提岗到了今天的l5 0 0 m p a ，工箨濑壤列出3 0 0 c 提赢到了6 0 0 c 6 5 0 ，鳃受鬻豹羊i 1 1 0 0 ，英霾豹i m l 8 3 4 ，娥罗籁懿b t is 、b t t8 y 积b t 3 6 。毽蹩， 使用湿度瓣不鞭提毫，不仅傻簿离溢镊合金设计中的热强性移热稳定髋之闻的矛 盾目趋尖锐，而且工作温度在6 0 0 以上的高温镣合金的开坯工艺链麓帮彼蹋过程 中的摭畿他能力恶纯、热盐应力滕蚀秘蘑攘蘩火鑫燃等滔题也越来越突积，健褥 麓遴铰台念黪发震遥妥了蠡掰寒蠢静攘蔽。礴究绥栗统计表臻，遥益卡年采，藤 溢钛台余的最商使用温度平均每1 0 年只提高约7 0 左右，近年来更加譬现出了撼 商幅度愈来愈小的趋势。为了摆脱面临的困境，进步扩大钛合忿的成用范围， 般认为商三条基本的途径：( 1 ) 加强基础性研究工作，通过透彻地攀搋合金中元 索潮的鞠嚣 乍爆枫理，来有效搬嚣食金熬设诗工馋； 2 ) 搽寻薮鹤、照嬲誉效鹚会 金元紊t 毅馁显著楚改善禽金瓣缝织热稳定戆；( 3 ) 开发毫经麓镰蘩笈合秘瓣 t m c s ( t i t a n i u r nm a t r i xc o m p o s i t e s ) 。在这三种途径当中，钛基复台材料国于在材 料组织和成分的确定上具有更大的选择范围，并且媛有希望为高溢髑钛含的发 袋_ 歼援爨辚掰翡愚路和广宽豹窑潮，黪馥，其研究秘开发蘩受人们黧梭。 t m c s 憝磷究始予2 g 整纪7 0 年代，8 0 年代中甥美鼙巯天飞瓿诗粼( n a s p ) 秘 熊体离憔能涡轮发动机技术计划( f h p t e + r ) 猷及欧洲、日本同类发展计划的实施， 给t m c s 的发展提供了很好的机遇和有力的资盒保证，从而促使了t m c s 的发展。 使之长期以来一直是材料科学领域的热点。t m c s 可以简单划分为选续纤维增强 帮罅连续纤维增强( 包括颧粒、短纾维鞠燕须) 二大粪。晕壤豹t m c s 掰究雯多她 榘孛在涟续经缝增强型t m c s 上，并敲褥了诲多黧要熬成采【卜6 1 。骚炎发凌，连 续纤维璜骚t m c s 性能优异，具翁缀商靛鲍强度和比剐度，然丽英不足之皴也鹾 4 箜二黧 墅丝塑堡丛薹堡宣擞魁塑堕壅翌鉴一 样鹈显。稻爨豹原耪糕纤维徐格，十分有限的穗强摆选择范围，复杂豹铡螯工艺 技术，稳簸的各向异性稻缺乏二次掇工能力笛隈髓因素，霞褥冀壤广应鼹存在禳 大困难。 与连续纤维增强t m c s 相比，非连续纤维增强t m c s ，特别是颗粒增强钛基复 合材料p r t m c s ( p a r t i e u l a t e r e i n f o r c e dt i t a n i u mm a t r i xc o m p o s i e s ) ，出于使t 缚j 的颗 粒增强疆裁零诋，霹貘选择的罐强辐耱类多，瞧辘差鞋功蔑赘霹浚诗瞧强，裁遥工 艺技术帽辩经济简单可行，所制各的材料具有备向同性，能够采j 辩! i 标准的或者接 近标准的众属加工工艺进行二次加工和产品生产，所以，具备很强的工业化生产 和大规模应用潜力。研究发现，颗粒增强相的加入，与纯基体合给掴比，能够使 丈多数强痰瞧毵、剐度、瓣壤瞧、高瀣抗绥变浚貔竣及足寸稳定瞧等力学或貔理 性韪耩梅褥舞有效缝据藏。近年来，在降低p r t m c s 生产成本和开发可用于工厂 生产的设备和工艺等方面都取得了重大的进展，这些都使得p r t m c s 迅速发展成 为各国学者和企业关注与研究的热点，并且其产品已经在航空航天、汽车制造等 领域得到了实际应用。 p r t m c s 静设诗窝台残圭蘩涉及弱包含綦俸选择、增强疆逡帮秘裁备工艺确 定三个方颟；在影响p r t m c s 性能的各种因素中，最关键的是鏊体增强相界面 结合状况，因为它南接影响能否有效发挥增强桐作用；基础研究的成果推动了对 颗粒增强复合材料增强机理的认识，同时也对p r t m c s 的研发发撵了重要的指导 律周；两p r t m c s 走入实际疲躜题是最终豹疆瓣。黻下蒋藏p r t m c s 发震臻竣豹 主要方面送行眈较全面的综述。 1 2 钛基体的选择 在p r t m c s 中颗粒增强糨的体积分数一般在5 一2 0 。按照混仓定律，基体 对材料最终力学性能的贡献是第一位的。选择媳肖优良性能的钛撂体是获得高性 能p r t m c s 的必要条件，特别谯材料的高温抗氧化性能和抗氢脆性能等方面，更 是不能对缵焱裙爨 睾霜寄予遮鬻瓣甥望。塑戴，p r t m c s 主要逶藤予鏊访会霾耪 誊辜已经基本漩慰使用要求懿薄撼，两颗粒增强籀的嫩入只是甥待改变基体的诸蟊 亚结构、位锚组态、晶粒尺寸及材料密度等显微结构和特性，从而改善和弥补基 5 中南大学博士学位论文 体性能上的菜些不足，如提高弹往模爨、强度和耐蘑性7 叫- 但是使事情复杂化 的是，最佳的结构材料畲盒未必是篾合材料中蕊体合金的最饿选择o 2 1 ，因为 p r t m c s 熬最终牲旋垂繁体、增强鞠、基嚣，增强稳努瑟装提帮魏冬工艺等多个嚣 綮麸同决定一般认为，除考虑与颗粒增强相的物理化学褶容性外，p r t m c s 基 体材料的选撵应该根据使用性能要求和加工方法泉决定。 p r t m c s 熬萋蒋霹供逡箨豹莛嚣蔽广。主要套豢瓣铁舍金，魏蕴一嚣，多一t i t 嵇唪) 一瓢型铁合盒和钛铝金属阅化合物，如t i 3 a l ( a2 ) 、t i a i “) 和t i a l 3 ( 1 3 ) 。 a ( 含近a ) 釉缸甲) 型钛会金具有优良的焊接性能，通过合众元素的圃溶暇化、 鬣稷毒謦强像秘金嚣鬻恁会镌沉淀叛滋强纯黪够镬窀察赘藏衮滚爆交熬戆宠薅常 突出1 1 3 , 1 4 1 ，但是伍一t i 的h p c 型晶体结构使得这类钬台金韧性相对较低，冷加工性 能不理想【1 5 l ，而且高温下的热稳定性和抗氧化能力等方面的问题很突出。钛合金 懿鬣纯行为褥蔟使矮温度黻懿在7 0 0 馥下，一般猿凝下，邃戳锈瞧逶矮子锾基 复含材料l 。当要求好的综合性能时，该类合金是t m c s 较好的候选基体。其中， t i - 6 a i 一4 v 由于具有良好的综合性能融经被最广泛地应用于p r t m c s 中【。6 叫9 】， d y n a m e t 公霹鹈c c r m e t t i 搴孝辩公司垒产翡1 0 2 0 v o l + t i c f h - 6 a i - 4 v 已经暾瑗在 半球形火箭壳、学弹尾翼和飞机发动机零件上。 p 娟为b e e 型晶体结构。具有优良的冷、热加工性能；室温下b - t i 通常为韭稳 稳，凑溢楚箕强度窝撬氢熬、抗瘗镀怒力罄缀突密；遽蓬露漆强像+ 辩效娃瀵霹获 得力学性能、环境抗力与断裂韧性的良好配合。当钛合金中b 吖i 稳定化元綮的实 际食餐与各自的临界成分之比的和，即合金总的稳定化系数，达到或超过2