Superior strength-ductility combination in TiC/TC4 composites via In situ construction Ti2Cu nanoparticles

材料科学 复合材料 极限抗拉强度 放电等离子烧结 延展性(地球科学) 晶界 材料的强化机理 应变硬化指数 微观结构 蠕动
作者
Xiaoqi Mao,Longlong Dong,Yiya Zhang,Shuanglin Qin,Guodong Sun,Lianwen Wang,Yusheng Zhang
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:219: 118805-118805 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2024.118805
摘要

Synergistic improvement of strength and ductility is challenging in the engineering applications of titanium matrix composites (TMCs). Herein, we fabricated the TC4 composites reinforced with grain boundary micron-TiC and intragranular nano-Ti2Cu using spark plasma sintering (SPS) and hot rolling (HR) to achieve a good balance between strength and ductility. An interfacial reaction between Ti and C forms the grain boundary TiC, and the vast majority of intragranular nano-Ti2Cu precipitates to accommodate the severe lattice distortion caused by the solid solution of Cu in β-Ti phase. Benefiting from Ti2Cu nanoprecipitates and their ability to effectively suppress dislocation motion, precipitation strengthening, and dislocation strengthening are the main factors, in addition to grain refinement strengthening due to deformation processing, that contribute to the realization of the superior yield strength (YS) of 1360 MPa and ultimate tensile strength (UTS) of 1504 MPa in composites than TC4 matrix (YS = 986 MPa, UTS = 1160 MPa). Meanwhile, the interfacial strain-delocalization effect of TiC/Ti2Cu with Ti matrix, the shear-lag effect of TiC, and the sustained strain-hardening effect provided by TiC/Ti2Cu empower the composites with an outstanding ductility (fracture elongation of 8.4 %). This study highlights the untapped potential for improving the mechanical properties of Ti matrix composites.

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