TiC顆粒增強鈦基復(fù)合材料的內(nèi)應(yīng)力對材料機械性能的影響.pdf

1、在顆粒增強鈦基復(fù)合材料的制備過程中，TiC粒子在鈦基復(fù)合材料中具有潛在的作用，這是由于它在鈦基體中較好的熱穩(wěn)定能力和相對的化學(xué)穩(wěn)定性。但是TiC顆粒和Ti基體之間存在著結(jié)構(gòu)不匹配和熱力學(xué)不匹配關(guān)系，其中熱膨脹系數(shù)的不匹配使復(fù)合材料從高溫制各溫度和熱處理溫度冷卻到低溫狀態(tài)可導(dǎo)致不同的殘余內(nèi)應(yīng)力存在。并且這種殘余內(nèi)應(yīng)力足以影響材料的機械性能。 本文通過X射線sin2Ψ法無損地、簡便地對Ti6Al4V+7wt％TiC(T64)、Ti3

2、Al2.5V+7wt％TiC(T32)及Ti5Al2.5Sn2Zr0.5MoNb+3wt％TiC(T650)等三種TiC顆粒增強鈦基復(fù)合材料進(jìn)行了不同熱處理狀態(tài)下的殘余內(nèi)應(yīng)力測試與分析，并以此進(jìn)行了殘余內(nèi)應(yīng)力對三種復(fù)合材料機械性能的影響、復(fù)合材料形變的應(yīng)力—應(yīng)變的本構(gòu)特征、殘余內(nèi)應(yīng)力對復(fù)合材料強化位錯的貢獻(xiàn)、以及影響復(fù)合材料斷裂機制進(jìn)行了研究，由此得到以下結(jié)果： (1)利用X射線sin2Ψ法，分別對不同溫度熱處理后的T64、T3

3、2及T650進(jìn)行殘余內(nèi)應(yīng)力分析發(fā)現(xiàn)：T64、T32及T650等復(fù)合材料在800-900℃以下溫度處理和以上溫度處理時，基體Ti-α相和TiC顆粒上將感生不同性質(zhì)的殘余內(nèi)應(yīng)力，并隨著熱處理溫度的升高，感生殘余內(nèi)應(yīng)力將逐漸增大，且這一殘余內(nèi)應(yīng)力的轉(zhuǎn)變溫度點隨基體材料的變化而有所漂移。根據(jù)Eshelby模型得出，在殘余內(nèi)應(yīng)力的轉(zhuǎn)變溫度以下或以上進(jìn)行熱處理，基體鈦合金的熱膨脹系數(shù)和增強相(TiC)的熱膨脹系數(shù)隨熱處理溫度而變化。 (2)

4、通過對材料不同熱處理的室溫拉伸性能、沖擊韌性和高周疲勞性能對比分析表明，材料的抗拉強度、沖擊韌性和高周疲勞性能隨材料中殘余內(nèi)應(yīng)力的增加而增加。分析表明，由于TiC在復(fù)合材料中主承載相的作用，隨著TiC顆粒上感生殘余壓應(yīng)力的增加，則需要更大的外加載荷同壓應(yīng)力相疊加，才能使復(fù)合材料屈服，殘余內(nèi)應(yīng)力得以釋放。 (3)利用X射線sin2Ψ法測試了T64在不同熱處理實驗后的本征應(yīng)力—應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn)：材料在外載荷作用下，增強相TiC上的承受的

5、載荷高于基體Ti-α相，從而證明復(fù)合材料在受外加載荷過程中TiC顆粒所起的主承載相作用。 (4)TiC顆粒在復(fù)合材料中的本征變形承載載荷小于TiC顆粒的彈性理論變形承載載荷，而基體Ti-α相在復(fù)合材料中的承受載荷則要高于未增強的基體材料。可見高含量增強體的復(fù)合材料具有較高的應(yīng)力應(yīng)變硬化速率，而殘余內(nèi)應(yīng)力松弛率隨材料應(yīng)變量增加而降低。 (5)通過對不同熱處理的復(fù)合材料位錯分析可以得出：復(fù)合材料的強化除了模量強化、界面原子錯