PDF《TiAl 金属间化合物粉末冶金技术研究进展》

20 μm 时,氧含量 约为 1000*10-6 [5] ;

③ 氩气含量随粉末粒径减小而减少, 当粒径相同时,CA 制备的粉末中氩气含量最高,PIGA 制备的粉末中氩气含量最低[5] . 雾化技术对相组成及形貌的影响:雾化粉通常呈光 滑球形,少量粉末带有行星球,具有枝晶组织,粉末粒 度呈正态分布. 图1a 为Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y) (本文缩 写为 TN-(W,B,Y))合金粉末表面形貌[8] .除特殊说明外, 本文所示合金成分均为原子分数(at%).CA 粉末的相组 成与粒度有关,小尺寸合金粉末(≤74 μm)中α2 含量较 高,而较大的合金粉末(175~370 μm)主要由 γ 相和少量 α2 相组成.Ti-46.15Al-1.87Cr-2.1Nb-(B,Si,Y)[9] 雾化合金 粉中也存在上述现象.此外还发现合金粉中存在闭孔和 开孔粉末[8] ,闭孔在随后的热等静压及热加工过程对合 金的组织和性能有重大影响.对GE 合金的相组成分析 发现,合金是由大约 95% α、5% γ 和少量 β/B2(质量分 数)相组成,其形貌如图 1b[10] .TNM 合金雾化粉同样具 第9期周海涛等:TiAl 金属间化合物粉末冶金技术研究进展 ・2467・ 图1氩气雾化 TN-(W,B,Y)合金、GE 合金、TNM 合金和等离子 旋转电极雾化 Ti-45Al-7Nb-0.3W 合金粉末表面形貌 Fig.1 Powder surface morphologies of TN-(W, B, Y) alloy[8] (a), GE alloy[10] (b), TNM alloy in Ar gas atomization[11] (c), and Ti- 45Al-7Nb-0.3W alloy in PREP[6] (d) 有枝晶结构[11] ,如图 1c 较暗的结构.XRD 分析表明, 该合金由 73%的α/α2 相和 27%的β/β0 相组成,并没有 发现 γ 相存在, 这可能与 β γ TiAl 合金的快速凝固路径 相关. PREP 由于冷却速度的不同会形成两种表面结构的 粉末:马氏体结构(M 粉)和枝状结构(D 粉),如图 1d[6] . 对于 Ti-40Al 的粉末也发现类似的现象,这说明 M 粉和 D 粉的形成与合金化学成分无关,与冷却速度密切相关. 1.2 热等静压 对PREP 制备的预合金粉进行热等静压发现,具有 枝晶结构的 D 粉经热等静压后有残余初始粒子边界和 界面孔洞存在,难以实现致密化,而M粉则较易致密 化[6] .而且热等静压很难彻底消除雾化粉末中的闭孔, 获取全致密组织.当对热等静压体进行高温处理后会使 闭孔再次打开并长大,降低合金的强度.粉末冶金常用 的热等静压工艺为 1000~1300 ℃/150~200 MPa/2~4 h. 合 金粉末热等静压后通常为 NG 组织. 图2a 为Ti-45Al-5Nb 合金粉末热等静压的 NG 组织.灰暗相为 γ 相,含量约 为75%,在近球形的 γ 相中发现大量的退火孪晶[12] .高Nb Ti-45Al-7Nb-0.3W 合金粉末热等静压组织为含有少 量的 β 相的双态组织[13, 14] . 改变热等静压温度和冷却速度还可有效控制 β γ TiAl 合金中的 β 相含量,从而改善合金的热加工性[17] . 对Ti-46Al-2Cr-2Nb-(B,W)预合金粉直接进行热等静压精 密成形和钎焊,成功制备了壳体及骨架,如图

3 所示[18] . 图2Ti-45Al-5Nb 热等静压合金组织、 T-47Al-2Cr-0.2Mo 锻造组 织、Ti-47Al-2Cr-1Nb-1Ta 挤压组织和 Ti-45Al-7Nb-0.3W 轧制组织 Fig.2 SEM images of as-HIPed Ti-45Al-5Nb alloy[12] (a), as-forged Ti-47Al-2Cr-0.2Mo alloy[15] (b), as-extruded Ti-47Al-2Cr- 1Nb-1Ta alloy[16] (c), and as-rolled Ti-45Al-7Nb-0.3W alloy[6] (d) 图3热等静压制备的 TiAl 合金壳体及骨架 Fig.3 Shell (a) and skeleton (b) of TiAl alloy fabricated by HIPing[18] 1.3 热加工技术 (1) 锻造:研究变形温度和应变速率对 TiAl 合金的 热变形行为的影响,获取热加工图,可为合金的锻造提 供依据: TiAl 粉末在这方面也开展了相应的工作[6,15,19,20] . TiAl 粉末锻造合金组织如图 2b, 灰暗的 α2 相含量相比热 等静压态明显增加,亮白的 β 相含量减少,甚至消失. 随着变形温度的升高和应变速率的降低,β 相含量降低, 再结晶晶粒增加[15] .粉末冶金法相比铸锭冶金法能提供 更加均匀的组织, 可在相对较低的温度下进行热变形[21] . 热等静压获得的平均尺寸为