PDF《TiAl 金属间化合物粉末冶金技术研究进展》

2 所示.当烧结温度从

1050 ℃增加到

1200 ℃时,TN-(W,B,Y)合金的烧结组织依次为 NG 组织,DP 组织,NL 组织和 FL 组织[31] .而在

1262 ℃到1336 ℃较大的温度区间烧结,TNM 合金都为 NL 组织 [32] .在1150 ℃相同温度下烧结 GE 合金和 TN-(W,B,Y) 合金,获得的组织却不同.这一方面可能与合金成分有 关,另一方面可能与烧结的实际温度有关.文献[33]指 出实际温度与设备温度相差大概

25 ℃,而文献[34]研究 表明,实验设定温度要比实际粉末的烧结温度低 50~250 K.SPS 由于加热速度快,烧结时间短,晶粒长大不明显 和合金中氧含量较低,相比 MIM 和SF(表1),大幅度提 升了合金的力学性能.但是 SPS 所引起的放电冲击压力 和焦耳加热容易造成温度梯度,使烧结体组织不均匀,

1175 ℃烧结时烧结体组织从外到内由(γ+α2)双相转变 为双态,表2放电等离子烧结制备 TiAl 合金的室温拉伸性能 Table

2 Mechanical properties of TiAl alloys densified by SPS at RT Alloy ST/℃ M Rp0.2/MPa Rm/MPa A/% GE[35]

1150 DP

568 700 2.73 G4[36]

1260 DP

650 ≈665 1.28 TNB[37]

1330 Duplex

694 790 1.47 TNM[32]

1336 NL

806 981 0.9 a b 第9期周海涛等:TiAl 金属间化合物粉末冶金技术研究进展 ・2469・ TN-(W,B,Y)[31]

1200 FL

849 964 0.88 ST: Sintering temperature;

DP: Double-phased

1190 ℃组织由双态转变为片层[35] . 因此, SPS 制备 TiAl 合金时要特别考虑温度、设备和成分等因素对组织和性 能的影响. 研究等离子烧结的致密化机理对获取全致密的 TiAl 合金具有重要的意义,目前该方面的研究较少.分析表 明,放电等离子烧结致密化过程主要是通过小颗粒的塑 性变形和随后的再结晶过程实现的[38] .烧结温度为

1075 ℃的粉末烧结体 SEM 形貌如图

5 所示.此时大尺 寸粉末颗粒接触部分发生塑性变形,颗粒边缘的枝晶结 构也发生畸变.图5d 表明,粉末颗粒互相接触区域的曲 率半径为零,说明此时合金致密化过程不是以物质迁移 机理为主,随着曲率半径增加,位于两颗粉末接触区域 的烧结颈长大,如图 5e. 1.7 快速成型 目前常用的快速成型方法主要有直接激光制造技术 (direct laser fabrication, DLF)、激光熔化沉积技术(laser melting deposition, LMD)、电子束快速成型技术(electron beam melting, EBM)和选区激光熔化技术(selective laser melting, SLM). (1) DLF 烧结体的显微组织与激光功率、喂料速率、 沉积速率及扫描速率有关[39] .烧结体中氧含量偏高,约为(1500~1800) * 10-6 ,并且成形过程中热应力偏大,堆积 方向上容易产生宏观裂纹. (2) LMD 不仅能制备 TiAl 合金[40] ,还可制备梯度材 料: Ti-47Al-2.5V-Cr 侧为全面层组织, 而Ti-6Al-2Zr-Mo-V 侧是粗大的网篮组织.梯度材料轴向室温抗拉强度高达 1198.8 MPa,伸长率约为 0.4%[41] . (3) 文献[42]指出,ArcmAB 在其网站上报道了意大 利AVIO 公司采用其 A2 型设备开发出航空发动机复杂 TiAl 合金构件,并成功应用在新一代航空发动机上,如图6a 所示.通过控制烧结工艺和冷却速度可实现组织控 制,不仅可以实现小尺寸的近净成形,而且可对大尺寸 图5等离子烧结体形貌、烧结颈显微组织、烧结颈形成 和长大物质迁移机理 Fig.5 Sintering body morphology (a), sintering neck microstru- cture (b, c) densified by SPS, and formation and growth of sintering neck (d, e)[38] 构件进行局部修复[43] .但要严格控制工艺来解决元素挥 发、疏松、多孔、致密度等问题[44] . (4) 利用 SLM 选择合适的扫描速率和激光功率等 参数,成功制备了具有 3D-正十二面体结构的 TNM-B1 合金件,如图 6b.合金致密度达到 99%以上,组织为细 小的近片层 β 组织,其力学性能与铸造合金相当[45] . 表3为不同方法制备的 Ti-48Al-2Cr-2Nb 合金的室 温拉伸性能.随着高性能粉末的制备和致密化工艺的改 进, 粉末冶金制备的 TiAl 合........