導(dǎo)讀

(資料圖)

采用熔體加氫法制備TiB和TiC增強(qiáng)Ti-6Al-4V基復(fù)合材料，研究了熔體加氫對鈦基體凝固過程、相組成和顯微組織的影響，觀察了加氫前后增強(qiáng)體的形貌和分布，并測定了復(fù)合材料的納米硬度。結(jié)果表明，熔體加氫可以保持復(fù)合材料的室溫強(qiáng)度的同時降低硬度。

鈦合金具有高比強(qiáng)度，優(yōu)異的耐蝕性、成形性和優(yōu)異的蠕變性能，在航空航天、化工和汽車工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對鈦合金的性能提出了更高的期望。在這種需求下，在鈦合金中加入陶瓷增強(qiáng)材料——鈦基復(fù)合材料(TMC)應(yīng)運(yùn)而生。

根據(jù)增強(qiáng)材料的形態(tài)，可將其分為連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料(CRTMCs)和非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料(DRTMCs)。DRTMCs具有成本低、抗拉強(qiáng)度高、工藝簡單等優(yōu)點，具有大批量生產(chǎn)的可能性。基體中分散的硬顆粒能有效防止位錯移動，產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化效果。然而，這種增強(qiáng)機(jī)制也會相應(yīng)地導(dǎo)致塑性降低，限制了TMC的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。因此，追求復(fù)合材料強(qiáng)度和塑性的同時提高一直是研究熱點。

已有研究發(fā)現(xiàn)，添加少量氫可以顯著改善力學(xué)性能，并可以作為微合金化元素存在于鈦合金中，調(diào)節(jié)合金的組織和性能。熔體加氫（MHT）可以降低鈦合金的α/β相變溫度，細(xì)化鈦合金的晶粒，從而增加了軟β相的含量。然而，MHT的研究大多是在鈦合金上進(jìn)行的，應(yīng)用于TMC的研究較少，有望為TMC的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用提供可行性。因此，研究加氫對TMC微觀結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理，對調(diào)節(jié)和改善TMC的力學(xué)性能具有積極意義。

基于此，哈工大王亮教授課題組采用熔體加氫法制備了(2.5%的TiB+2.5 %的TiC)/ Ti6Al4V復(fù)合材料。詳細(xì)研究了加氫對凝固路徑、基體組織、增強(qiáng)體形貌和分布以及力學(xué)性能的影響。相關(guān)研究成果以題為““Microstructural characterization and mechanical properties of (TiB + TiC) reinforced Ti–6Al–4V prepared by melt hydrogenation”發(fā)表于期刊《Journal of Materials Research and Technology》。

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根據(jù)pandat軟件計算結(jié)果，氫可以降低鈦合金的凝固溫度。當(dāng)氫含量為6.50×10-2 時，熔體的凝固溫度低于α/β相變溫度，復(fù)合材料中β相的含量提高。MHT對TMC基體有明顯的細(xì)化作用，可以改變基體的凝固過程，導(dǎo)致鈦合金中β相的增加和α片層的細(xì)化。隨著氫含量的增加，α片層的平均尺寸減小，同時基體中的位錯密度降低。

氫對增強(qiáng)體的形貌和分布有一定的影響。添加氫后，TiB的長徑比和TiC的尺寸都有所增加，增強(qiáng)體聚集在初生β相晶界處，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。此外，氫使鈦合金和增強(qiáng)體的納米硬度均有輕微的降低。由于脆性較高，增強(qiáng)體在試驗過程中會發(fā)生斷裂。

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