反應燒結制備高鈮TiAl合金工藝及其組織性能的研究.pdf

1、TiAl基合金因為其低密度、高比屈服強度、高比剛度以及優(yōu)良的高溫性能而有望成為新一代高溫結構材料。但是,其室溫脆性以及850℃以上的高溫抗氧化性不足抑制了TiAl基合金的實際應用。未來的TiAl基合金應當具有更好的高溫性能以及室溫塑性,高鈮TiAl合金最有可能滿足這些要求。
　　本文通過在TiAl基合金中加入大量的Nb以改善合金的室溫塑性及高溫抗氧化性。通過分級球磨→真空熱壓燒結→熱處理的工藝制備出了名義成份為Ti-45Al-10

2、Nb(at.％)的高 Nb鈦鋁合金。熱處理工藝包括兩種:在800℃退火30h的均勻化退火熱處理和在1315℃退火20min的高溫熱處理。借助金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射技術(XRD)、差熱分析法(DTA)對各階段材料的顯微組織、相組成和熱穩(wěn)定性進行了研究,測試了燒結坯、熱處理坯的室溫和高溫力學性能,并分析了Nb含量為10%(at.%)以及20%(at.%)的合金的高溫抗氧化性。系統(tǒng)的研究了高鈮TiAl合金制備工藝、

3、組織以及性能之間的關系。結果表明:
　　對分級球磨制備出的復合粉末進行分析,發(fā)現復合粉末晶粒尺寸和顆粒尺寸得到明顯細化,一級球磨Ti/Al復合粉末的平均晶粒尺寸僅為5nm。分級球磨后的粉末顆粒細小、成份分布均勻、呈層片狀結構,同時無非晶生成。DTA分析表明,分級球磨使Ti、Al粉末的反應溫度降低。
　　對真空熱壓燒結(反應燒結+高溫燒結)、熱處理制備的高鈮 TiAl合金進行研究,發(fā)現燒結坯和熱處理坯中均存在TiAl相、Ti3

4、Al相、Nb單質以及Nb2Al相,其中單質 Nb相分布均勻。隨著熱處理溫度的升高,Nb元素擴散的越來越充分。室溫壓縮實驗表明,熱處理后,合金的抗壓強度、屈服強度、最大壓縮率都顯著上升,其中高溫熱處理坯具有最優(yōu)異的力學性能,屈服強度達到了1052MPa,抗壓強度達到了1254MPa,最大壓縮率達到了20.6%,達到了用高Nb含量改善塑性的目的。
　　對燒結坯以及均勻化退火熱處理坯進行高溫拉伸以及高溫壓縮實驗,發(fā)現隨著溫度上升,合金的