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摘要：近些年来，钛基复合材料以其优异的性能引起了人们的广泛关注，成为材料领域探讨的热点。钛基复合材料热加工参数，例如变形温度、变形速率以及变形量等，对钛基复合材料的微观组织以及力学性能具有强烈影响，但是对于这些方面的探讨还不够系统和深入，特别是变形量对钛基复合材料的影响，尚未见该领域的详细报道。针对这一探讨不足，本论文开展了一系列的探讨。通过微观组织观察、织构测定、室温高温力学性能测试以及模拟计算等方式，浅析了变形量对钛基复合材料的微观组织、织构以及力学性能的影响，主要取得以下的探讨成果：利用原位自生的策略制备了TiB短纤维以及La_2O_3颗粒增强的钛基复合材料，并对其进行变形量分别为40%，60%，80%，90%以及95%的热轧制加工。探讨了β热处理温度对钛基复合材料的微观组织和力学性能的影响，发现随着β热处理温度的提升，钛基复合材料的原始β晶粒长大，但是α片集团的尺寸降低。室温条件下，β热处理后的复合材料的断裂机制为脆性解理断裂；高温条件下，钛基复合材料的断裂为韧性断裂。钛基复合材料的室温拉伸强度随着热处理温度的提升而提升，这可归结为α片集团的尺寸降低；高温拉伸强度随热处理温度的提升而降低，浅析表明，高温拉伸强度主要受到原始β晶粒尺寸的影响，随原始β晶粒尺寸的降低，钛基复合材料的高温拉伸强度提升。变形量对热处理后的(TiB+La_2O_3)/Ti复合材料的微观组织具有重要的影响，随着变形量的提升，复合材料的原始β晶粒以及α片群的尺寸均会降低。随着变形量的提升，TiB短纤维在轧制历程中发生转动，采取概率密度函数量化了TiB短纤维的轴向相对于轧制方向取向角的概率密度分布。模拟计算了钛基复合材料的室温拉伸屈服强度，结果发现，q=1.25的时候，钛基复合材料的实验数据和计算结果相符的较好，这表明在钛基复合材料中，TiB短纤维的强化效果与La_2O_3颗粒的强化效果之间的叠加法则接近简单的线性叠加联系。计算了不同变形量下TiB短纤维，La_2O_3颗粒以及晶粒细化对钛基复合材料室温拉伸屈服强度的影响。结果发现：细晶强化是钛基复合材料中主要的强化机制，其对钛基复合材料室温屈服强度的提升效果最显著；TiB短纤维的转动也提升了钛基复合材料的室温屈服强度，当变形量比较低时，短纤维转动对钛基复合材料屈服强度提升的效果比较显著，当变形量较高时(超过90%)，短纤维转动的强化效果有限。同时，计算结果表明，La_2O_3颗粒的应力承载作用有限，其承载的应力仅为位错强化效果的1/9，这表明当钛基复合材料中的增强颗粒为纳米级别的时候，位错强化机制起到主导作用。钛基复合材料在650℃的高温拉伸强度以及断裂延伸率均随着变形量的提升而提升。变形量为95%的钛基复合材料的强度比变形量为60%的钛基复合材料提升了30.81MPa，断裂延伸率提升了2.39%。采取计算的策略探讨了增强体以及微观组织对钛基复合材料的高温拉伸强度的影响，发现TiB短纤维增强体的转动以及微观组织的细化是钛基复合材料高温拉伸强度提升的主要理由。探讨了TiB短纤维以及La_2O_3颗粒的强化效果之间的联系，发现当q=2的时候，计算得到的钛基复合材料的高温拉伸强度和实验得到的数据基本相符，表明在高温下，TiB短纤维的强化效果和La_2O_3颗粒的强化效果满足毕达哥拉斯叠加法则。探讨了La_2O_3颗粒和基体之间的热膨胀系数之差Δα对钛基复合材料的高温拉伸强度的影响，发现尽管La_2O_3颗粒的体积分数非常低，Δα对钛基复合材料的高温强度的影响仍然较为显著。随着变形量的提升，钛基复合材料在650℃，150MPa以及300MPa的稳态蠕变速率先降低后提升。TiB短纤维朝轧制方向的转动可以提升钛基复合材料中TiB短纤维的应力传递效果，降低钛基复合材料的蠕变速率。钛基复合材料蠕变后的微观组织观察显示：α片晶界处位错运动频繁，位错的密度高，这表明晶界的滑动是钛基复合材料蠕变变形的重要机制，随着变形量的提升，钛基复合材料中α片集团的尺寸以及α片晶粒的厚度降低，材料中α片晶界的数量上升，所以材料的蠕变速率提升；α片晶界可以向晶内发射位错环，所以α片晶界的数量越高，材料的蠕变速率越高；除此之外，随着α片集团的尺寸以及α片厚度的降低，钛基复合材料中α片晶界也可以阻碍晶内位错的运动和增殖，同时还可以起到类似第二相颗粒的作用钉扎晶内位错，这种作用降低了复合材料的蠕变速率；随着α片厚度的降低，钛基复合材料中α片晶界还可以阻碍其向晶内发射位错。正是由于上面陈述的因素矛盾统一的作用导致钛基复合材料的稳态蠕变速率随着变形量的提升体现出先降低后提升的走势。40%以及95%轧制钛基复合材料中均有着较为显著的织构。在40%轧制钛基复合材料中，塑性变形起到主要的作用，其织构主要为变形织构，然而，在95%轧制的钛基复合材料中，再结晶织构成为主要成分。在40%轧制的钛基复合材料中，并没有检测到转变α织构，但是在95%轧制的钛基复合材料中，有着强度较弱的转变α织构。浅析了增强体对钛基复合材料的织构的影响，结果发现：不论是热轧还是β热处理之后的钛基复合材料，[11-20]||RD纤维织构的强度均随着变形量的提升而提升。这种现象可以归结为以下理由：钛基复合材料中，TiB短纤维的晶粒取向和钛基体晶粒取向有着以下的位相联系：[11-20]Ti||[010]_(TiB)同时，计算以及实验观察表明：TiB短纤维在轧制历程中，随着变形量的提升，其轴向和轧制方向的夹角变小，在95%轧制的钛基复合材料中，绝大部分增强体的轴向已经和轧制方向平行。TiB短纤维沿着[010]TiB的取向成长为短纤维状，这表明其轴向与晶粒的[010]_(TiB)一致。TiB短纤维和钛基体之间特殊的位相联系以及TiB短纤维在轧制历程中的转动，造成了钛基复合材料中[11-20]||RD纤维织构随着变形量的的提升而提升。关键词：钛基复合材料论文变形量论文微观组织论文织构论文力学性能论文
摘要5-8
Abstract8-14
第一章 绪论14-42
1.1 引言14-16
1.2 原位自生钛基复合材料16-21
1.2.1 原位自生钛基复合材料基体的选择16-18
1.2.2 原位自生钛基复合材料增强体的选择18-19
1.2.3 原位自生钛基复合材料的反应系统19-21
1.3 原位自生钛基复合材料的微结构以及力学性能21-27
1.3.1 原位自生钛基复合材料的界面与力学性能21-22
1.3.2 原位自生钛基复合材料的增强体对力学性能的影响22-25
1.3.3 原位自生钛基复合材料的基体与力学性能的联系25-27
1.4 变形量对钛合金以及钛基复合材料的影响27-31
1.4.1 变形量对钛合金以及钛基复合材料基体微观组织的影响28-29
1.4.2 变形量对钛合金以及钛基复合材料织构的影响29-31
1.5 本探讨工作的内容和作用31-33
能95-1094.5.1 TiB 短纤维的应力传递效应98-100
4.5.2 (TiB+La_2O_3）/Ti 复合材料基体中蠕变位错的运动规律100-109
4.6 本章小结109-111