中国有色金属学报 2008年8月 2500 静压成形后,该纳米复合材料的平均晶粒尺寸为45 D973K HIP m,气孔率5%。该纳米复合材料的显微硬度正比 2000 1073K HIP 于d2(d为平均晶粒尺寸),而且落在同成分的 机械合金化、粉末冶金、铸造TiAl合金硬度数值外 推的直线上(图11)。 1000 As-cast ·一 MANIAL-10%HfB ▲一 MA NIAl 81000 ■- Cast NiAl 图9热等静压与铸态Fesl的 室温压缩应力一应变曲线 Fig 9 Room temperature compressive 02004006008001000 stress-strain curves of HIP compacts 图10HB/NiA纳米复合材料的 料的变形受扩散过程控制。 屈服强度与温度的关系6 目前,金属间化合物基纳米复合材料烧结固化 Fig. 10 Compressive yield stress 的研究尚处于起步阶段,相关的文献报道还非常 function of temperature for HfB2/NiAl 少。但从这些为数不多的文献报道中不难发现,金 anocompos[ 65] 属间化合物基纳米复合材料烧结过程中的纳米晶粒 尺寸控制比较容易,烧结纳米块体材料也有更优异 MA TisSi]/TiAl matr nanocomposite 的力学性能。杨福宝等采用N,A,H,B元素 ◆一 MA TIAl intermetallic 混合粉机械合金化合成10%HB2/Nil(质量分数 纳米复合材料,HfB2和NiA的晶粒尺寸分别为26 和14mn。采用1150℃.200MPa,2h的热等静压 Conventional powder 工艺将该纳米复合材料烧结成形。在高温处理过程 metallurgical TIAl 中,晶粒发生明显的长大,N晶粒尺寸在200 Casting tiAl 500m范围内,HB2晶粒在基体中有2种分布状 态:分布于基体晶粒内部的H「B2一般在30m以 d12m12 下,而分布在基体晶界的HB2晶粒度较大,为50 100m。 HfB/ NiA纳米复合材料有优良的力学性图lTi合金及复合材料的显微硬度与d2的关系 能:室温屈服强度为1294MPa是铸态NiAl的4 Fig. 11 Microhardness ws d-1/2 of TiAl alloys and composites 倍;1000℃的屈服强度为122MPa,相当于铸态 NA和机械合金化N的3.5和2.5倍(图10)。该4力学性能 的室温压缩变形量达12%时仍未出现应力下降 现象,也未产生裂纹。该纳米复合材料还有良好的41连续纤维增强复合材料 4.1.1复合材料的断裂行为 高温抗蠕变性能,1m0~1100℃温度范围内,流 变应力一应变速率关系中的应力指数为n=7.74 在连续纤维增强复合材料中,纤维承受相当一 蠕变激活能Q=3∞8kJ/mol,明显高于NiAl(n=5.部分载荷,因此该种复合材料与颗粒增强复合材料 8.Q=318.5kJ/m)。Plmm和Bhn等采用的力学行为有所不同。特别是当载荷与纤维轴平行 机械合金化法合成了纳米 Tussis弥散分布于纳米时,单向分布的连续纤维可望表现最大的增强效 果。图12所示为当单向载荷平行于纤维轴而且基 TN基体的纳米复合材料:焦8002精等blishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.no图 9 热等静压与铸态 Fe3Al 的 室温压缩应力
应变曲线[62] Fig. 9 Room temperature compressive stress
strain curves of HIP compacts and as-cast counterpart [ 62] 料的变形受扩散过程控制。 目前, 金属间化合物基纳米复合材料烧结固化 的研究尚处于起步阶段, 相关的文献报道还非常 少。但从这些为数不多的文献报道中不难发现, 金 属间化合物基纳米复合材料烧结过程中的纳米晶粒 尺寸控制比较容易, 烧结纳米块体材料也有更优异 的力学性能。杨福宝等 [ 65] 采用 Ni, Al, Hf, B 元素 混合粉机械合金化合成 10% HfB2/NiAl( 质量分数) 纳米复合材料, HfB2 和NiAl 的晶粒尺寸分别为 26 和14 nm。采用 1 150
, 200 MPa, 2 h 的热等静压 工艺将该纳米复合材料烧结成形。在高温处理过程 中, 晶粒发生明显的长大, NiAl 晶粒尺寸在 200~ 500 nm 范围内, HfB2 晶粒在基体中有 2 种分布状 态: 分布于基体晶粒内部的 HfB2 一般在 30 nm 以 下, 而分布在基体晶界的HfB2 晶粒度较大, 为 50~ 100 nm。HfB2/ NiAl 纳米复合材料有优良的力学性 能: 室温屈服强度为 1 294 MPa, 是铸态 NiAl 的 4 倍; 1 000
的屈服强度为 122 MPa, 相当于铸态 NiAl 和机械合金化 NiAl 的3. 5 和2. 5 倍( 图10) 。该 纳米复合材料有较好的塑性, 应变速率为 1
10 - 3 s - 1的室温压缩变形量达 12% 时仍未出现应力下降 现象, 也未产生裂纹。该纳米复合材料还有良好的 高温抗蠕变性能, 1 000~ 1 100
温度范围内, 流 变应力
应变速率关系中的应力指数为 n = 7. 74, 蠕变激活能 Q= 398 kJ/ mol, 明显高于 NiAl( n = 5. 8, Q= 318. 5 kJ/ mol) 。Pfullmann 和 Bohn 等[ 8] 采用 机械合金化法合成了纳米 Ti5Si3 弥散分布于纳米 TiAl 基体的纳米复合材料。在 8001 000
, 2 h 热等 静压成形后, 该纳米复合材料的平均晶粒尺寸为 45 nm, 气孔率 5%。该纳米复合材料的显微硬度正比 于 d - 1/ 2 ( d 为平均晶粒尺寸) , 而且落在同成分的 机械合金化、粉末冶金、铸造 TiAl 合金硬度数值外 推的直线上( 图 11) 。 图 10 HfB2/ NiAl 纳米复合材料的 屈服强度与温度的关系[65] Fig. 10 Compressive yield stress as function of temperature for HfB2/NiAl nanocomposites [ 65] 图 11 TiAl 合金及复合材料的显微硬度与 d - 1/ 2的关系[ 8] Fig. 11 Microhardness vs d - 1/ 2 of TiAl alloys and composites [ 8] 4 力学性能 4. 1 连续纤维增强复合材料 4. 1. 1 复合材料的断裂行为 在连续纤维增强复合材料中, 纤维承受相当一 部分载荷, 因此该种复合材料与颗粒增强复合材料 的力学行为有所不同。特别是当载荷与纤维轴平行 时, 单向分布的连续纤维可望表现最大的增强效 果。图 12 所示为当单向载荷平行于纤维轴而且基
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中国有色金属学报 2003 年 8月