导读
介绍了一种先进的熔体加氢方法。在H2和Ar混合气体中直接熔融制备了TiB+TiC / Ti-6Al-4V复合材料。熔体加氢改善了(α + β)相区TMC的热加工性能，在800 ℃/1 s−1条件下峰值应力从371 MPa降至271 MPa，在900 ℃/0.01 s−1条件下峰值应力从119 MPa降至60 MPa，扩大了最佳热加工窗口。DRX晶粒的比例从~ 56%增加到~ 81%，这主要是由于DRX晶界的迁移加速和位错密度的降低导致的。
原位制备的钛基复合材料(TMCs)具有密度低、比强度高、结合界面干净、耐腐蚀和抗氧化性能优异等优点，在航空航天领域具有广阔的应用前景。由于高硬度、高弹性模量和优异的热稳定性，TiB和TiC是TMCs的理想增强材料。然而，Ti-6Al-4V基合金热加工性较差，变形抗力高，成形极限低，热加工窗口窄。TiB和TiC等陶瓷颗粒的加入会产生较大的变形应力，进一步增加了热加工时TMCs的成形难度。
加氢是改善钛合金热加工性的可行方法。传统的加氢方法可以降低热加工过程中的变形应力，但是效率较低。熔体加氢对陶瓷的形貌和分布、基体合金的微观组织和热加工窗口的影响仍然缺乏系统研究。
基于此，哈工大王亮教授研究团队引入了一种先进的熔体加氢方法，实现在熔体过程中进行加氢，制备(TiB+TiC)/ Ti-6Al-4V复合材料，系统研究氢对TMCs微观组织演变、高温变形行为和热加工窗口的影响。研究结果以题为“Superior hot workability of (TiB+TiC)/Ti-6Al-4V composites fabricated by melt hydrogenation”发表于期刊《Journal of Alloys and Compounds》。
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结果发现，TiB晶须长度增加。由于熔体表面氢过热，导致陶瓷颗粒倾向于在初生β晶界处聚集。热加工图显示，未加氢的TMCs的理想加工窗口为775 ~ 850 ℃+ 0.001 ~ 0.005 s−1，熔体加氢后的理想加工窗口扩大到825 ~ 950 ℃+ 0.001 ~ 0.01 s−1和900 ~ 950 ℃+ 0.5 ~ 1 s−1，表明TMCs可以在更高的应变速率下加工。
氢可以加速DRX晶界的迁移，有利于DRX晶粒形成。DRX晶粒数量的增加消耗了更多的位错，提高了位错的迁移率，导致位错密度降低，这是热加工性提升的主要原因。
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