在钛基体的基础上,加入增强体,通过改善增强体的分布,制备出新型的多层钛基复合材料,可以使性能提升。通过后续的轧制步骤,可以进一步提高其的力学性能。因此,原材料轧制处理的研究十分重要,其中包括轧制中的某些参数对材料的影响,轧制对材料的作用等。
1.4.1轧制中影响材料性能的因素
在轧制过程中,每一项因素都会影响着钛基复合材料的最终性能,轧制工艺或者材料的不正确选择会大大降低性能,在此罗列了一些会影响的因素[18],如材料的厚度、材料的表面情况、轧制工艺的选择、轧制温度、轧制变形率、后续热处理等。
(1)材料的厚度材料的不同厚度对轧制工艺尤为重要,过厚或过薄都会影响基体与增强体的结合,结合界面强度不同,会影响复合材料的力学性能。过厚会使增强体相互挤压,最终导致增强体的破裂,影响增强体的分布,降低屈服强度等指标,同时也对延伸率有所影响。过薄会使增强体与基体结合不稳定,也无法正确观察轧制对材料的影响,主观上降低了轧制的作用。通过分析对比找出合适的材料厚度是前提条件,不可或缺。
(2)材料的表面情况轧制前材料的表面状况是轧制界面结合强度的关键因素。金属表面的氧化层、油污层等都会降低结合强度。在轧制前都必须对这些因素进行清除,以避免存在影响或误差。
(3)轧制工艺的选择同种材料在其他条件相同的前提下,选用热轧,冷轧不同工艺均会使性能上千差万别,在上述轧制工艺中,各自有着不同的优点与缺点。根据实际情况选择正确的轧制工艺也是一项对材料性能有影响的重要因素。
(4)轧制温度之前研究表明:轧制温度会直接影响着轧制时的临界变形率,不同的轧制温度
有着不同的临界变形率,选择恰当的温度会降低材料的临界变形率并同时提高结合强度,整体上提高材料的强度硬度等。
随着温度的提高,材料抵抗变形的能力逐渐降低,界面处金属变形和增强体与基体的结合都变得相对容易,从最初的弹性变形到塑性变形,越容易破裂的界面露出来的新鲜原子越容易结合的更紧密。
再者就是温度对再结晶的影响。轧制过程中提供的热量使内部原子的能量增加,提高了再结晶的所需的能量。相接触的界面原子吸收了产生的能量,生成了小晶核,持续的轧制过程使晶核长大,最终使原本金相不同的两侧界面形成了共晶结合[15]。
(5)轧制变形率不同的轧制变形率对组织的影响也是不同的,制备出来的钛基复合材料经过适当的轧制变形可以提高强度等。随着轧制变形率的提高,材料的强度都会有所提高,因为轧制后晶粒变细,金属键和相互接触的原子也越多,界面间距较小,界面之间更容易结合,由基体形变的强化效果作用明显。但较大的轧制变形率会使增强体破裂,增强体之间的连通性变小,晶须折断,对增强体的增强作用弱化。所以,选择合适适当的轧制变形率对材料最终力学性能有很大影响。
(6)后续热处理工艺在轧制工艺中,轧辊对轧件上留下了材料残余内应力,这种内应力会造成材料的破坏、断裂,应该通过后续的热处理进行消除或减轻。根据文献[20]研究,界面处的应力松弛和气体的存在阻碍了结合件的生成,并破坏了原来的结合区,在退火过程中,原子扩散速度加快,使得应力消失,最终强度近似于整体材料的强度。不经过后续热处理就会对材料的最终性能有所影响,使材料的疲劳寿命降低。