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第32卷第6期稀有金属材料与工程Vo1．32．No．6
2o03年6月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGJune2o03

TiC／Ti合金中共晶TiC形态的形成机制研究

金云学1,2，曾松岩，张二林，朱兆军
(I．佳木斯大学，黑龙江佳木斯154007)
(2．哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)

摘要：自生颗粒增强钛基复合材料中的TiC增强相，可分为初生TiC和共晶TiC，它们的形态、尺寸及形成机制均不尽
相同。利用SEM、XRD、EDX等手段研究了钛合金中共晶TiC的形态及形成机制。合金中含碳量不同时，可能形成规则共
晶或离异共晶。成分处于共晶点附近的合金，由于两相共生生长，肛Ti抑制了TiC的分枝，使TiC呈棒状或颗粒状，形成规
则共晶。含碳量远低于共晶成分时易形成离异共晶，共晶反应发生在初生Ti枝晶的间隙中，多数共晶Ti依附于初生
Ti生长，T／C与熔体接触增多，易分枝，而大量初生Ti的存在使TiC分枝受空间限制，只能在二维方向上分枝，从而促
使羽毛状TiC的形成。Mo、Sn等合金元素的加入可使共晶TiC形态成为球团状。
关键词：复合材料；TiC；钛合金；晶体生长
中图法分类号：TG146．2文献标识码：A文章编号：1002．185X(2003)06．0451-05

进一步的了解。本文制备不同成分的Ti．C及Ti。6A1．C
1前言合金，研究了合金的凝固过程及TiC的形成机制。

钛基复合材料的制备方法很多，其中熔铸法因其2试验方法
制备工艺简单、成本低、界面结合好等特点⋯，已成为
对自生钛基复合材料的主要研究方法之一【】。】。对材用海绵钛、纯铝(99．99％)、高纯钛粉(99．2％，45
料中的TiC进行控制，得到高性能的复合材料，有必m)和纯TiC粉(5m～15m)为原材料，在磁控钨
要研究TiC晶体的生长习性、形态、尺寸及其影响因极电弧炉上熔化，每次熔炼量为50g。为使试样成分均
素。目前国内对钛基复合材料的研究主要侧重于制备匀，每个试样经3次熔炼制得，为防止配料和熔炼过
方法和性能一1，对TiC晶体的生长特征研究的较少。程中的粉料损失对试样化学成分的影响。把纯钛粉与
多数研究仅限于对凝固现象的直观描述】。自生碳化TiC粉混合均匀后，用100t液压机冷压成西15mm×
钛颗粒增强钛基复合材料中TiC多数为初生TiC，它10mm的小块均匀分散加料。试样线切割成10mm×
的尺寸也较大⋯，多数研究也就集中在初生TiC的形10mm×5mm的小块，经磨、抛光后，用氢氟酸：硝酸：
态上。如H．M．Flower~6．71等对TiC生长特征的研究也水=1：3：21溶液，长时间腐蚀，使TiC完全露出。x射
是针对初生TiC。合金中除粗大的初生TiC外，还存在线衍射分析在RIKAGUD／MAX．RB衍射仪上进行，
数量较多的共晶TiC，两者共同影响合金的性能。在凝采用铜靶，电压为20kV，组织观察及能谱分析是在
固的不同阶段形成的初生TiC和共晶中的TjC，其形JEOL，JSM．5600LV型扫描电子显微镜上进行。
态、尺寸及形成机制均不尽相同。因此有必要对共晶试样的合金成分，分别以Ti和Ti．6A1为基体，含
中TiC的形态和生长特征进行研究，以便提高复合材碳量分别为0．2C，0．4C，0．8C，1．0C，1．2C和2．0C。
料的性能。对TiC颗粒增强钛基复合材料性能的研究试样成分的准确性和制备时的冷却速度，对试样中
结果表明，合金含碳量高时大量大尺寸的初生TiC对TiC的形态及生长方式均有影响。采用水冷铜坩埚熔
合金强度的提高作用并不很大，但对韧性的有害作用炼的纽扣锭制备试样。水冷铜坩埚的激冷能力虽较
却较大，因此出现了降低含碳量的趋势，这使合金增强，但对TiC的形态不会产生很大影响，因此只要保
强相中共晶TiC的比重增多，也要求对共晶TiC有更证所有试样的制备条件均匀一致，其结果就有意义。

收到初稿日期：2o01—10—13；收到修改稿日期：2o03_03—14
基金项目：金属精密热加工国防科技重点实验室开放基金项目(99JS61．5．1．ZS6102．)
作者简介：金云学，男，1964年生，教授，佳木斯大学材料学院，黑龙江佳木斯150001，电话：0454—8618701；E—mail：jinyunxue@
hotmaiI．eom

．452．稀有金属材料与工程32卷

生TiC晶体，初生TiC形态为树枝状(图2c)。从图2
3试验结果与分析可知，合金碳含量远小于共晶点时，形成的共晶组织
属于离异共晶，而含碳量在共晶点附近的共晶组织属

3．1XRD及EDX分析结果于规则共晶。
图1是Ti．0．8C合金的x射线衍射图谱，该合金亚共晶(离异共晶)和过共晶合金中Ti