Ti-,2-AlC-TiAl(Nb、B)顯微組織和力學性能關系的材料計算研究.pdf

1、本文采用熱爆反應合成法制備TiAl及TiAl(Nb、B)金屬間化合物粉末，利用放電等離子燒結技術(SPS)，原位制備了Ti2AlC/TiAl和Ti2AlC/TiAl(Nb、B)復合材料，并對Ti2AlC/TiAl(Nb、B)復合材料進行了熱處理。通過對MATLAB圖像工具箱的研究，得到一整套適用于Ti2AlC/TiAl復合材料SEM圖像的處理程序。通過對分形理論的研究，以MATLAB為平臺，編寫了計算盒維數(shù)和多重分形譜的程序，得到分形維

2、數(shù)與宏觀性能之間的關系。
　　 在MATLAB圖像處理工具箱中，依次經(jīng)過離散余弦變換、直方圖增強、維納濾波、邊緣檢測、閥值分割、腐蝕與膨脹等過程，將圖像的信息進一步壓縮，使象素值盡量均勻分布，除去圖片中夾雜的噪聲，迸一步提取圖片中的關鍵部分，從而將圖片轉變成為規(guī)范的二值圖像。
　　 對簡單分形中盒維數(shù)原理的分析，將計算過程逐步分解，通過MATLAB程序計算得到分形維數(shù)值。研究發(fā)現(xiàn)Ti2AlC/TiAl復合材料的斷面和表面

3、都存在分形特征，不同的熱處理方式得到樣品的分形維數(shù)是不同的。
　　 研究過程中我們發(fā)現(xiàn)，分形網(wǎng)格劃分越細，分形維數(shù)越小，分形維數(shù)計算越準確，并且含有B元素的樣品，比不含B元素的樣品的分形維數(shù)普遍都要大。這是因為由于舊的平衡被打破，材料內部的微小變化被放大，隨機的微小漲落導致新的穩(wěn)定有序狀態(tài)生成，宏觀性能發(fā)生更大的變化，使用分形維數(shù)可以很好的反應這些變化。
　　 進一步研究表明，Ti2AlC/TiAl復合材料的斷面SEM圖

4、像的分形維數(shù)隨著斷裂韌性、彎曲強度的升高而增大，呈現(xiàn)脆性材料特征。而Ti2AlC/TiAl復合材料在低溫熱處理時斷裂韌性隨著分形維數(shù)的增大而減小。Ti2AlC/TiAl復合材料表面分形維數(shù)的增大是因為α2/Υ層片晶團的增多的結果，從而使得Ti2AlC/TiAl復合材料界面復雜程度增加，分形維數(shù)不斷增大。
　　 我們分別得到Ti2AlC/TiAl復合材料在不同熱處理制度下分形維數(shù)與斷裂韌性、彎曲強度的定量關系，從而為使用SEM圖像

5、定量分析Ti2AlC/TiAl復合材料的力學性能打下了堅實的基礎。
　　 對多重分形譜原理的分析，將計算過程逐步分解，通過MATLAB程序計算得到Ti2AlC/TiAl復合材料快速熱處理制度下的多重分形譜。研究發(fā)現(xiàn)在r=0.0625處，1nxq(r)與lnr有小波動。除此之外，不管r的取值如何，整個區(qū)間上線性關系良好，分形特征明顯。
　　 在1403K的快速熱處理制度下，τ(q)與q之間存在良好的線性關系，相關系數(shù)達到9

6、9.99％，廣義分形維數(shù)D(q)與q之間走勢較平緩，從而得到的試樣斷層比較均勻，屬于單分形。在1473K的快速熱處理制度下，τ(q)與q在q∈[-3，-1]處產(chǎn)生了一個突起，非線性關系明顯。廣義分形維數(shù)D(q)與q之間走勢較陡峭。得到α～f(α)的鐘狀關系，譜線對稱較好，且譜寬較大，試樣斷層分布不均勻，多重分形特征明顯。
　　 最后我們通過MATLAB紋理濾鏡進行材料表面紋理分割，還原樣品SEM圖像的三維立體結構，直觀觀察了SE