【摘 要】
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本文基于低能球磨与原位自生技术,首次选用TC18钛合金为基体,TiB2作为B源,成功制备了低含量（≤2.0vol.%）TiBw/TC18网状结构复合材料。利用热挤压变形与热处理,进一步对复合材料的组织进行调控。研究了不同状态下复合材料的拉伸性能与断裂机制。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）以及透射电子显微镜（TEM）对不同状态、不同增强体含量的材料进行组织
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本文基于低能球磨与原位自生技术,首次选用TC18钛合金为基体,TiB2作为B源,成功制备了低含量（≤2.0vol.%）TiBw/TC18网状结构复合材料。利用热挤压变形与热处理,进一步对复合材料的组织进行调控。研究了不同状态下复合材料的拉伸性能与断裂机制。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）以及透射电子显微镜（TEM）对不同状态、不同增强体含量的材料进行组织观察,研究不同状态下复合材料的组织特征与组织变化。结合断口观察、塑性变形行为观察与拉伸性能测试分析不同状态下材料的断裂机制与性能变化。组织观察表明,烧结态材料中短棒状的TiBw在基体中呈准连续网状分布,TiBw的加入使原始β晶粒的尺寸由合金的815μm减小到复合材料的70μm;拉伸测试结果表明,随着TiBw含量的增加烧结态复合材料的抗拉强度与塑性均降低,0.5vol.%TiBw/TC18抗拉强度为1176MPa,延伸率15.8%,均优于TC18合金,性能优异;烧结态复合材料的断口类似于纯金属杯锥状断口,且只有纤维区与剪切唇,属于典型的微孔聚集型断裂。低含量TiBw/TC18复合材料的基体在变形过程中出现明显塑性变形的痕迹,在晶界处TiBw的断裂是裂纹萌生主要原因。TiBw含量达到2.0vol.%时裂纹集结扩展更容易。热挤压使β晶粒尺寸从烧结态的70μm细化到挤压态的40μm左右,TiBw定向排列。挤压态复合材料由于缺少α析出相的增强而强度明显低于烧结态材料,但是塑性成倍增加。其中1.0vol.%TiBw/TC18的抗拉强度为926MPa,延伸率为29.4%,拥有最佳的强塑性匹配。烧结态复合材料固溶时效热处理后,原始β晶粒尺寸与烧结态相同,集束组织消失。强度随着时效温度的升高而降低,随着固溶温度的升高而升高。TiBw含量的增加可以显著提高强度却迅速降低延伸率,经过热处理后0.5vol.%TiBw/TC18抗拉强度为1356MPa,延伸率为7.2%。挤压态复合材料经过热处理后原始β晶粒尺寸明显小于烧结态材料。双重退火热处理后1.0vol.%TiBw/TC18的抗拉强度为1195MPa的同时保持23.5%的延伸率;固溶时效热处理后1.0vol.%TiBw/TC18的强度达到1384MPa,延伸率为12%,得到优异的强塑性匹配;双重退火热处理后材料的断裂也属于微孔聚集型断裂。裂纹可以在三叉晶界点萌生,也可以在GBα和αp与βt的界面处萌生,裂纹的扩展伴随塑性断裂的发生。
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