PDF《TiAl 金属间化合物粉末冶金技术研究进展》

2 μm 的近 γ 组织在

850 ℃低 温下就可锻造成功, 对锻造合金进行

1000 ℃/1.5* 10-3 s-1 的拉伸,获得 920%的超塑性[22] . (2) 挤压: Ti-47Al-2Cr-1Nb-1Ta 预合金粉在

1150 ℃, 挤压比为 16:1 的工艺下进行挤压,合金组织由较大 B2 a b γ (5%) α (95%)

10 μm

20 μm c d

50 μm

30 μm a b c d

50 μm

2 μm

50 μm a b ・2468・ 稀有金属材料与工程 第45 卷 相和细小的 α2 和γ相构成,如图 2c 所示,且B2 颗粒中 含有亚稳 ω 相.合金在

800 ℃,应变速率 2* 10-5 s-1 时进 行拉伸,可获得 310%的超塑性;

当挤压温度为

1400 ℃ 时,合金组织为 FL 组织,γ 相和 α2 相的平均片层尺寸分 别为 100~350 nm 和10~50 nm[16] . (3) 轧制:利用粉末冶金轧制方法制备组织细小均 匀、性能优异的大尺寸 TiAl 合金板材是近年来的研究重 点之一. Plansee 的Clemens[23] 和GKSS 的Gerling[24] 利用 ASRP 工艺成功制备了成分为 γ-Met,尺寸为

1000 mm*

450 mm*

1 mm 的板材和尺寸为

750 mm*

350 mm* 0.25 mm 的箔材[23] .该工艺很好地控制了合金的氧、氮及氩 气含量,制备的 Ti-46Al-9Nb 合金板材最大室温伸长率 为2%,尺寸为

600 mm*

300 mm*

1 mm[24] ,如图 4a.国 内的中科院金属研究所的徐磊[25] 和中南大学的 Y. Liu[6] 也分别轧制出尺寸为

220 mm*370 mm*

2 mm 的板材[25] (如图 4b) 和300 mm*

500 mm 的高 Nb 板材. 60% 的轧 制变形量能保证合金获取良好的综合性能,轧制后片层 团和 γ 晶粒都得到细化,平均晶粒尺寸为

10 μm,如图 2d,在富 γ 区发现大量退火孪晶和再结晶晶粒[6] . 1.4 金属注射成形 金属注射成形 (metal injection moulding, MIM)在制 备TiAl 合金时需考虑:① 元素挥发:MIM 所需温度高 达1500 ℃, 会使合金表面 Al 大量挥发[26] ;

② 杂质含量: 在严格控制工艺条件下进行 MIM,氧含量从 500*10-6 增加到 1150*10-6 [27] ;

③ 颗粒尺寸:MIM 要求粉末颗 粒尺寸小于

45 μm,而预合金粉在此区间的含量很难满 足要求.表1列出了 MIM 制备 TiAl 合金的室温拉伸性 能和杂质含量.合金中较高的氧含量可能是导致合金室 温塑性较差、强度不高的原因.MIM 制备的 TN-(W,B,Y) 合金的压缩强度、压缩率分别为

2839 MPa 和34.9%[26] . 1.5 喷射成形 喷射成形 (spray forming, SF) 难以制备全致密的 TiAl 合金, 合金的平均孔隙率为 1%~3%且分布不均匀, 而且距底部越近孔隙率越高,喷射成形体底部的孔隙率 高达 8%, 其中 90%的气孔尺寸约为

20 μm. 相比 MIM, 图4粉末冶金轧制 TiAl 板材 Fig.4 As-rolled sheet of TiAl alloy from powder: (a) Ti-46Al-9Nb alloy[24] and (b) Ti-47Al alloy[25] 表1金属注射成形和喷射成形制备 TiAl 合金的室温拉伸性能 和杂质含量 Table

1 Room temperature tensile property and impurity content of TiAl alloy prepared by MIM and SF Material Process O/*10-6 N/*10-6 Rm/MPa A/% TNB-V5 MIM[27] ― ―

630 0.2 TN-(W,B,Y) MIM[26]

1350 90

382 0.46 γ-TAB MIM[28]

790 140

430 0.6 SF[29]

480 30

658 0.7 Ti-48.9Al SF[29]

450 50

466 1.3 SF+HIP[30]

420 50

380 1.1 SF+Forge[30]

320 40

520 2.0 HIP:

1300 ℃/200 MPa/2 h;

Forging:

1100 ℃/2* 10-3 s-1 由于 SF 较好地控制了合金中的氧含量,使得 γ-TAB 合 金的室温断裂强度和伸长率均高于 MIM 合金,如表 1. 对喷射成形合金进行热等静压和锻造处理,有效减少了 合金孔洞,降低了杂质含量,改善了合金的室温拉伸性 能,合金组织由 NL 变为 NG 组织[29, 30] .经喷射成形+ 热等静压+热处理的双态 Ti-48.9Al 合金的室温最佳伸长 率为 2.7%[30] . 1.6 放电等离子烧结 放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)温度对 合金组织和性能有规律性的影响,且对不同合金影响程 度不同,如表