颗粒增强钛基复合材料的弹塑性能研究.pdf

第29卷第6期兵器材料科学与工程Vol.29No.6
2006年11月ORDNANCEMATERIALSCIENCEANDENGINEERINGNov.,2006

颗粒增强钛基复合材料的弹塑性能研究!

宁建国,王晋平,姜芳

(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京100081)

摘要:利用MTS810材料试验机对体积含量为3%的TiC颗粒增强钛基复合材料TP-650及基体钛合金进行了准静态拉伸
试验,获得了材料弹塑性变形的应力应变曲线。结果表明,复合材料及基体材料达到屈服后,直至材料的迅速失效,几乎没
有应变硬化效应。由断口分析可以看出,TP-650断口平齐,无颈缩现象,断口无韧窝,呈明显的脆性断裂特征,颗粒与基体
界面有明显的脱粘现象。最后,基于Mori-Tanaka平均场理论和割线模量法讨论了颗粒增强钛基复合材料TP-650的弹塑性
性能,理论预测与试验结果基本吻合。
关键词:颗粒增强;钛基复合材料;准静态拉伸;弹塑性性能;割线模量法
中图分类号:TB330.1文献标识码:A文章编号:1004-244X(2006)06-0001-04

Elastoplasticpropertiesofparticlereinforcedtitaniummatrixcomposites

NINGJian-guo,WANGJin-ping,JIANGFang

(StateKeyLaboratoryofExplosionScienceandTechnology,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)

Abstract:Thequasi-statictensilepropertiesofTiCparticlereinforcedtitaniummatrixcompositesTP-650andmatrixhavebeen
studiedbyMTS-810testingapparatus,andthestress/straincurvesofcompositesaswellasmatrixhavebeenobtained.Theex-
perimentalresultsshowthatthecompositesandmatrixfailrapidlyandhavefewstrain-hardeningeffectsafterstressreachingthe
yieldlimit.ThefractureofTP-650isevenwithoutdimpleandnecking,whichshowsdistinctbrittlefracturecharacter.Meanwhile,
distinctinterfacedebondingbetweenmatrixandparticlehasbeenobserved.BasedonMori-Tanakamethodandsecantmodulus
method,elastoplasticpropertiesofTP-650havebeenstudied.Thecomparisonbetweentheoreticalcalculationandexperimental
resultsshowsgoodagreement.
Keywords:particlereinforced;titaniummatrixcomposites;quasi-statictensile;elastoplasticproperties;secantmodulusmethod

钛基复合材料具有高比强度、比刚度等优点,被认为treatmentmeltprocess)法制备的TiC颗粒增强钛基复合
是能够改善钛材性能和扩展钛材用途的新一代材料[1]。材料(TP-650)。增强TiC颗粒的体积分数为3%,颗粒
颗粒增强钛基复合材料由于制造工艺简单、价格较便平均直径为5μm。复合材料铸锭经过开坯锻造,再经
宜、工程化应用前景更好而成为近年研究热点[2]。研究两相区锻造加工成Φ13mm的棒材[4]。复合材料TP-650
发现[3]TiC陶瓷颗粒和钛基体的密度、泊松比、热膨胀和基体钛合金都经800℃/1h空冷退火的热处理工艺
系数最为接近。TiC颗粒增强钛基复合材料的比强度和处理。
比模量等性能比钛基材有大幅的提高,且复合材料的准静态试件形状和尺寸如图1所示,对基体钛合金
综合性能可通过调整TiC颗粒的体积分数和热处理制和复合材料TP-650分别进行5次重复性试验,对3次重
度等途径得以优化。复性较好的试验数据取均值。
对颗粒增强钛基复合材料TP-650及基体钛合金
R51×45°
Φ5+0.05
进行了准静态拉伸试验,并对拉伸断口进行了分析。-0.05
在