哈工大苏彦庆教授：熔体加氢显著提高钛基复合材料热加工性能-- 迪族网

哈工大苏彦庆教授：熔体加氢显著提高钛基复合材料热加工性能

来源：特铸杂志　2023-05-22 18:31:20

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导读

原位合成了TiB陶瓷晶须增强Ti-6Al-4V基复合材料，并采用熔体加氢技术(MHT)对其进行了氢化处理。采用OM、EBSD和TEM研究了MHT对复合材料微观结构演变和热压缩行为的影响。分析了MHT对增强筋、基体以及增强筋与基体之间的界面的独特效应，以及不同氢含量复合材料在不同变形温度和应变速率下的热压缩行为和压缩态组织演变。结果表明，加氢后复合材料的热加工性能显著提高。

钛基复合材料（TMCs）以其高强、低密度、耐腐蚀等优异的性能，在航空航天、军事、航海等领域被广泛应用。Ti-6Al-4V是一种应用广泛的(α + β)钛合金，其具有优良的综合性能，是制备TMCs的优良基体材料。TiB作为一种陶瓷晶须，不仅热稳定性好、模量高，而且热膨胀系数与钛相似。原位合成的TiB晶须与钛基体具有稳定、洁净的结合界面。因此，对原位TiBw增强Ti-6Al-4V复合材料的研究兴趣不断增长。

制备TiBw增强钛基复合材料的原位合成技术具有组织控制和近净成形加工的优势，可以定制产品，但昂贵的粉末成本和漫长的工艺流程无法满足大尺寸、质量大等大型零件的生产需求。铸锭由于组织不均匀，通常存在缺陷和较低的力学性能。为了消除铸造缺陷，细化晶粒，提高力学性能，TMC铸锭通常需要进行多道次热处理和固相变形。此外，后处理过程中增强材料容易断裂，并且由于应力集中，硬陶瓷颗粒与软基合金之间的界面容易开裂。

在冶炼过程中加入了氢，在氢/氩混合物的气氛下冶炼原材料，称为熔体加氢技术(MHT)。目前研究更多地关注MHT对增强体或基体的影响以及热压缩过程中基体产生的变化，而未设计和探讨界面在热压缩变形过程中的作用，以及全面总结氢化TMC变形性能改善的机理。

目前关于MHT对TMC显微组织和力学性能影响的相关研究还很少，对MHT改善TiBw/Ti-6Al-4V热加工性能的系统研究尚未建立。基于此背景，哈工大苏彦庆教授研究团队在H2/Ar混合气氛下制备了2.5% （体积分数）的TiBw增强Ti-6Al-4V基复合材料，研究了MHT对TMC微观组织演变和热变形行为的影响，全面探讨了MHT细化TMC组织和改善热加工性的机理。相关研究成果以题为“Effects of Melt Hydrogenation on the Microstructure Evolution and Hot Deformation Behavior of TiBw/Ti-6Al-4V Composites”发表于期刊《Materials》。

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结果表明，MHT可以均匀化增强体的分布，减小基体合金的晶粒尺寸，细化TMC的铸态组织。此外，可以有效降低热压缩过程中的峰值应力。当温度为900 ℃，应变速率为0.01/s时，氢诱导峰值应力降低最为显著，从43 MPa降低至93 MPa，降幅达53.76%。

热压缩过程中，MHT有效地促进了铸态复合材料组织细化，加速了动态再结晶（DRX）晶粒形核，抑制DRX晶粒长大，降低了增强体与基体界面应力集中，从而提高TMC的热加工性。显微组织观察表明，MHT能有效促进TiB晶须的弥散，诱导铸态氢化复合材料基体的α/β板条细化。

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