导读

采用熔体加氢法制备TiB和TiC增强Ti-6Al-4V基复合材料，研究了熔体加氢对钛基体凝固过程、相组成和显微组织的影响，观察了加氢前后增强体的形貌和分布，并测定了复合材料的纳米硬度。结果表明，熔体加氢可以保持复合材料的室温强度的同时降低硬度。

(资料图)

钛合金具有高比强度，优异的耐蚀性、成形性和优异的蠕变性能，在航空航天、化工和汽车工业中有着广泛的应用。随着科学技术的不断进步，对钛合金的性能提出了更高的期望。在这种需求下，在钛合金中加入陶瓷增强材料——钛基复合材料(TMC)应运而生。

根据增强材料的形态，可将其分为连续增强钛基复合材料(CRTMCs)和非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)。DRTMCs具有成本低、抗拉强度高、工艺简单等优点，具有大批量生产的可能性。基体中分散的硬颗粒能有效防止位错移动，产生显著的强化效果。然而，这种增强机制也会相应地导致塑性降低，限制了TMC的进一步广泛应用。因此，追求复合材料强度和塑性的同时提高一直是研究热点。

已有研究发现，添加少量氢可以显著改善力学性能，并可以作为微合金化元素存在于钛合金中，调节合金的组织和性能。熔体加氢（MHT）可以降低钛合金的α/β相变温度，细化钛合金的晶粒，从而增加了软β相的含量。然而，MHT的研究大多是在钛合金上进行的，应用于TMC的研究较少，有望为TMC的进一步广泛应用提供可行性。因此，研究加氢对TMC微观结构的影响机理，对调节和改善TMC的力学性能具有积极意义。

基于此，哈工大王亮教授课题组采用熔体加氢法制备了(2.5%的TiB+2.5 %的TiC)/ Ti6Al4V复合材料。详细研究了加氢对凝固路径、基体组织、增强体形貌和分布以及力学性能的影响。相关研究成果以题为““Microstructural characterization and mechanical properties of (TiB + TiC) reinforced Ti–6Al–4V prepared by melt hydrogenation”发表于期刊《Journal of Materials Research and Technology》。

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根据pandat软件计算结果，氢可以降低钛合金的凝固温度。当氢含量为6.50×10-2 时，熔体的凝固温度低于α/β相变温度，复合材料中β相的含量提高。MHT对TMC基体有明显的细化作用，可以改变基体的凝固过程，导致钛合金中β相的增加和α片层的细化。随着氢含量的增加，α片层的平均尺寸减小，同时基体中的位错密度降低。

氢对增强体的形貌和分布有一定的影响。添加氢后，TiB的长径比和TiC的尺寸都有所增加，增强体聚集在初生β相晶界处，形成网状结构。此外，氢使钛合金和增强体的纳米硬度均有轻微的降低。由于脆性较高，增强体在试验过程中会发生断裂。

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