材仿空间团队作品"一种原位自生Ti5Si3增强超高硬度Ti-3Si-1.5Fe-1Mo钛合金"获全国大学生冶金科技竞赛二等奖 

一、竞赛简介

全国大学生冶金科技竞赛面向全国冶金、材料、化工、资源、能源、环境等专业在读的专科、本科和研究生，旨在动员和激励大学生积极参与公益性科普事业，培养大学生专业兴趣；增强大学生科技创新意识，拓宽大学生专业知识边界；锻炼大学生工艺操作技能，提高大学生工程实践能力。

二、作品简介

（1）技术背景

 高硬度钛合金对耐磨、冶金、军事等工业领域的可持续发展具有重要的意义，提高钛合金硬度的常规方法包括采用合金化和粉末冶金的方法引入增强相。采用粉末冶金方式制备原位形成的Ti5Si3增强钛基复合材料，其不足在于需要采用钛合金粉体，对粉体粒径、纯净度等要求高，极大的消耗能源，并且工艺复杂，成本较高，不符合低碳、环保的要求，同时很难制备成较大尺寸的产品。

（2）主要内容

 本作品采用真空感应熔炼法制备了一种新型的原位自生Ti5Si3相增强Ti-3Si-1.5Fe-1Mo钛合金，通过固溶处理使初始钛合金中棒状Ti5Si3球化降低平均长度，同时产生的Si元素固溶在基体，再通过时效处理使细小的Ti5Si3析出，成功实现了Ti5Si3相尺寸和分布的调控，硬度和压缩强度分别达到598HV和2263 MPa，显著优于文献中报道的钛合金硬度（199-507 HV）。利用平台引进的“全自动逐层切片成像系统”，通过三维连续切片技术发现了Ti5Si3经球化和析出后在三维空间分布具有独特的特征，同时，基于TEM、相图模拟和定量计算，量化表征了Ti5Si3球化产生的Si元素的固溶强化和细小Ti5Si3的析出强化对硬度和强度的贡献。 本作品设计制造的钛合金克服了粉末冶金工艺制备的原料高成本、工艺复杂和尺寸限制的不足，能够实现大尺寸样品的工业化制备，广泛应用于对高硬度、耐腐蚀和耐磨等特殊性能要求的领域。