Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料在高温环境下仍能保持良好性能, 因其具有高强度、高刚度和较强的抗氧化能力等优点而成为有关学者研究的对象。Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料是一种应用前景广阔的复合材料。与其它的复合材料相比, Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料使用温度可以达到800~900℃。
目前对复合材料的研究范围普遍集中在晶体的微观组织, 而对基体微观组织研究甚少。本文主要对真空热压制备Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料的基体微观组织及化学元素进行分析。
实验所用材料是Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料, 该复合材料的基体是Ti-43Al-9V, γ相、α2相和B2相是其微观组成。将该复合材料在真空环境下压制成直径为80μm的细单丝, 压制过程如下:先将制备好的Si C纤维和Ti-43Al-9V箔片重叠在一起放入到压制模具中, 再将它们一起放入到真空压热炉中进行热变形。热变形温度是1 200℃, 热变形压力是160 MPa, 保温0.5 h后随炉缓慢冷却, 冷却至室温之后就制成单一方向的Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料。
将制成单一方向的Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料用切割机沿着其单一方向进行切割, 制备分析试样。将试样经过精密加工之后用X射线衍射仪、金相显微镜和能谱仪分析其显微组织。
在靠近Si C相晶界处有一层厚度约为3μm的γ相组织。与Si C相距较远的是B2相和α2/γ相。B2相沿晶界析出, 并且由片状结构变为粒状结构。具有这种组织的材料不仅具有很高的强度、良好的塑性, 而且在高温下还具有良好的性能。
这是由于复合材料在高温压制的过程中, 储存了一定的应变能, 当该应变能储存到一定程度后会导致该复合材料发生动态再结晶, 形核并长大, 晶粒变得更加细小。Si C相在高温压制的过程中变形较大, 储存了一定的应变能, 使其容易发生动态再结晶。而离Si C相组织较远的Ti在高温压制的过程中储存的应变能较小, 不容易发生动态再结晶, 其组织是由晶粒在静态中形核并长大形成。
从分析结果可以发现:离基体Si C较近的4、5、6、7、8五点, 成分Al的含量成分都超过了50%, 并且平均含量是54%。远远高出Ti-43Al-9V合金中Al的含量, 然而距离基体Si C较远处的Al的含量与在Ti-43Al-9V合金中Al的含量相同, 大约在6%左右。Al在靠近基体Si C处含量较高这一事实说明, Al在Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料中发生了偏析, 这是由于当复合材料Si Cf/Ti-43Al-9V在高温压制的过程中Ti发生了一种反应, 这种反应叫做界面反应。
由于这种反应的存在, 导致反应层继续增长, Ti在离基体Si C较近的位置处减少, 而剩余的Al被迫在离基体Si C较近的位置处集聚, 形成了富集Al的区域。而Al在这一区域富集就会控制Ti的界面反应。使得γ相和α2相比, Ti和V的含量都较低, Al的含量较高, 所以在富集Al的区域更容易形成γ相。
Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料在高温压制的过程中会有α2相从γ相中析出, 这就说明发生了γ相向α2相转变的过程。然而当高温压制温度达到某一温度值时会有α相从α2相中析出, 发生了α2相向α相转变的过程。这与Ti-43Al-9V材料相比, 组织中的γ相较少而α相较多。
经过高温压制的Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料在高温压制之后, 随后随炉冷却, 在冷却的过程中, 由于冷却速度较慢, α相有足够的时间发生转变, 转变成α2/γ相。所以在冷却到室温时, 组织中没有α相的存在。由于Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料在高温压制的过程中形成的α相比Ti-43Al-9V材料中的α相要多。所以, 随炉冷却过后, Si Cf/Ti-43Al-9V复合材料的α2/γ相组织要多一些。
