快速凝固TiAl基合金的組織演變研究.pdf

1、采用熔體旋轉法(melt-spinning)制備了快速凝固 Ti-46Al-2Cr-2Nb-xY(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)、Ti-46Al-2Cr-xNb-0.3Y(x=2.0,4.0,6.0)(at.％)合金薄帶，研究了Y和Nb含量、冷卻速度對快速凝固TiAl基合金的顯微組織及力學性能的影響，研究了快速凝固TiAl基合金在退火過程中的組織演變規(guī)律，以及快速凝固TiAl基合金薄帶粉碎/燒結后的顯微組織及力學性能的變化規(guī)律

2、，得到以下主要研究結果。
　　對快速凝固 Ti-46Al-2Cr-2Nb-xY合金的研究表明：Y的添加對快速凝固TiAl基合金的相組成及顯微組織產生了顯著的影響。隨著 Y的添加快速凝固TiAl基合金的晶粒顯著細化，Y含量從0增加到2.0at.%時合金的平均晶粒尺寸從6μm降低到1μm以下。Y的添加使合金中α2相的含量減少，γ相的含量增加，γ/α2比例增加。Y的添加量高于1.5at.%時使得快速凝固TiAl基合金的初始凝固相由α相轉

3、變?yōu)棣孪唷？焖倌?TiAl基合金的顯微組織與Y含量有密切的關系。Y的添加量小于1.0at.%時，合金主要由等軸的α2相和晶界處的層片狀或塊狀γ相組成；Y含量高于1.5at.%的兩種合金組織由等軸β/B2相和晶界處的等軸或者層片狀的α2相以及γ相組成?？焖倌烫岣吡?Y在 TiAl基合金中的固溶度，但是仍然小于0.5at.%。不能固溶的Y形成Al2Y相，以均勻彌散的球形顆粒形式存在，顆粒尺寸約為40-100nm?？焖倌?TiAl基合金

4、的硬度與合金中的α2相的含量有直接的對應關系，隨著 Y含量的增加合金中的α2相的含量降低，硬度下降。
　　Nb含量對快速凝固Ti-46Al-2Cr-xNb-0.3Y合金的相結構及顯微組織形貌影響不大。對幾種不同 Nb含量的快速凝固 Ti-46Al-2Cr-xNb-0.3Y合金薄帶自由表面的形貌觀察表明初始凝固相由普通凝固條件下的β相轉為α相。幾種不同Nb含量的快速凝固TiAl基合金由γ相和α2相組成，隨著Nb含量的增加α2相的含量

5、先降低后增多。幾種合金的顯微組織為等軸晶+層片狀組織，層片結構的數量隨著 Nb的添加而增加，但是層片厚度不隨 Nb含量的改變而變化。Nb的添加促進了快速凝固TiAl基合金中堆垛層錯和位錯等缺陷的形成。
　　采用近牛頓冷卻方式估算了快速凝固 TiAl基合金的冷卻速度，為105-106K/s。以Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金為例研究了冷卻速度對快速凝固TiAl基合金顯微組織的影響。幾種不同冷卻速度下快速凝固 Ti-46A

6、l-2Cr-4Nb-0.3Y合金的顯微組織都由等軸晶和層片狀相組成，層片團的尺寸隨著冷卻速度的提高而減小。Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金在低冷卻速度下由γ相和β/B2相組成，在高冷卻速度下由γ相和α2相構成。隨著冷卻速度的提高，合金中的β/B2相逐漸減少，而α2相含量增高。冷卻速度越高，快速凝固 Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金的硬度越高，彎曲塑性降低。彎曲塑性隨著γ相晶格畸變的增大而降低，通過計算γ相的晶格畸

7、變可以預測γ-TiAl合金的塑性。
　　對快速凝固 Ti-46Al-2Cr-xNb-0.3Y合金薄帶在不同溫度下的退火處理研究發(fā)現：Nb含量對快速凝固TiAl基合金在退火過程中的相轉變規(guī)律沒有明顯影響。在退火溫度為600-800℃的范圍內，亞穩(wěn)的α2相逐漸分解轉變?yōu)棣孟?。快速凝固Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金的退火溫度高于840℃時從γ相基體上析出α相片層，在920℃退火時發(fā)生了γ相的有序化相變，在970℃退火時層片

8、組織發(fā)生了連續(xù)粗化，退火溫度升高到1050℃時，層片發(fā)生分解，晶粒逐漸球化。在退火過程中由快速凝固造成的位錯等規(guī)則排列形成亞晶界，從而細化了晶粒。隨著退火溫度的提高，快速凝固TiAl基合金中γ相的晶格畸變增大，合金的硬度顯著降低。
　　研究了快速凝固 Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金薄帶的破碎和燒結成型。TiAl基合金薄帶經過球磨后破碎為細小的顆粒，球磨2h后的顆粒尺寸小于75μm。在1200℃燒結快速凝固 TiAl基

9、合金粉末得到了完全致密度的塊體。進一步提高燒結溫度對合金密度影響不大，但是對燒結塊體的顯微組織及相結構有顯著影響。燒結塊體主要由γ和α2相組成。隨著燒結溫度的升高，α2相的體積分數降低，塊體合金由近γ組織演變?yōu)榻鼘悠M織，且組織逐漸粗化，但是長大不明顯。與同成分的鑄態(tài)母合金相比，快速凝固TiAl基合金的燒結塊體組織細小均勻，沒有顯微偏析，從而提高了合金的強度和塑性。在1260℃燒結的塊體具有良好的綜合力學性能，室溫壓縮斷裂強度和壓縮率分