单晶颗粒增强WCpTi-6Al-4V梯度复合材料层微观断裂行为.pdf

第39卷 第8期 稀有金属材料与工程 V01．39，No．8 2010正 8月 RAREMETAIMATERIALSANDENGⅡ町EERING 2010 August 单晶颗粒增强 梯度复合材料层 WCp／Ti一6AI一4V 微观断裂行为 刘德健，李俐群，李福泉，陈彦宾 (哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001) 拉伸试验，观察复合材料层裂纹形成、扩展的动态过程，研究其微观断裂行为。结果表明，wc／ri．6AI-4V复合材料层 较少。而且主要发生在较高的应变情况下。激光熔注条件下形成的规则胞状反应层有利于应力由基体传向增强颗粒。 在拉伸过程中，WC颗粒内部应力由最初的压应力逐渐变为拉应力。WC颗粒内部拉应力的极大值可达2000MPa，高于 单晶WC陶瓷的抗拉强度。 关键词：激光熔注；梯度复合材料；断裂行为；原位拉伸 中图法分类号：TG 文献标识码：A 174．45；TB333 文章编号：1002．185X(2010)08．1431-04 颗粒增强钛基复合材料具有比强度高、尺寸稳定 的方法，在扫描电镜下进行拉伸试验，观察复合材料 性好以及耐磨性高等优点，广泛应用于航天、航空工 层裂纹形成、扩展的动态过程。 业等领域【1】。但是，较差的塑韧性以及较低的断裂强 1 实验 度使其在很多领域的应用受到限制。因此，研究颗粒 增强钛基复合材料的断裂行为，进而优化其抗断裂性 能就显得十分重要。 kW横 见文献[8】。激光熔注实验采用DL—HL—T5000型5 目前，对颗粒增强复合材料断裂行为的研究主要 流C02激光器作为热源，采用平均尺寸为100 lam的单 集中在增强颗粒与基体之间的界面反应层。大量研究 晶WC陶瓷粉末作为注入材料，基体材料为Ti．6AI．4V， mm×33mmx67 结果表明，增强颗粒与基体之间的界面反应对复合材 尺寸为5 mm。 料的断裂性能具有重要影响，控制反应层的尺寸是改 激光熔注过程如下：高功率密度激光束辐照 善复合材料抗断裂性能的有效手段【2。4】。然而，关于增 强颗粒自身强度对复合材料抗断裂性能影响的研究相 后部“拖尾”注入到熔池中。在熔池的快速凝固过程 对较少。Ocelik等人发现，若增强颗粒自身强度低，中，WC颗粒来不及熔化就被“冻结”起来，进而形 增强颗粒在较低外加应力作用下就会发生内部断裂， 成颗粒增强的复合材料层。WC颗粒注入方向与激光 这将显著恶化复合材料的抗断裂性能【5】。他们认为， 扫描方向相同。实验采用负离焦，激光束光斑直径为3 选择高强度的单晶陶瓷作为增强颗粒是提高复合材料 mm，采用同轴氩气保护。熔注实验的优化参数为：激 m／rain， 抗断裂性能的关键。在Ocelik等人研究的基础上，本光功率密度P=209W／ram2，扫