热等静压对粉末冶金TiAl合金显微组织和相成分的影响(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-29 原文发表时间:2007-06-30 人气:1

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图2　在1300热压后Ｔｉ-47Ａｌ-2Ｃｒ-2Ｎｂ材料层片组织的成分分析(ａ)Ｃｒ元素的面分布;(ｂ)Ｎｂ元素的面分布
图3　Ｔｉ-47Ａｌ-2Ｃｒ-2Ｎｂ合金中的不完全扩散及能谱分析(ａ)Ｎｂ的不完全扩散(ｂ)颗粒中部(ｃ)树枝状相(ｄ)灰色相
图4显示的是ＨＩＰ后Ｔｉ-47Ａｌ-2Ｃｒ-2Ｎｂ合金的显微组织。在这两种组织中反应未完全组织已大大减少了,只在少数区域由于原始Ｎｂ颗粒太大,仍然存在。在1200℃热压的样品经过ＨＩＰ后,显微组织形貌改变不大,但是,α2/γ层片晶团的体积分数已大大增加了;而在1300℃热压的样品经ＨＩＰ后,一方面层片组织中的成分更均匀,这从样品的腐蚀情况可以看出;另一方面层片晶团也发生了长大,平均尺寸约80μｍ。这两种组织的差别主要是由于原始组织中的层片晶团具有很高的稳定性,在α γ两相区短时热处理后,只会发生层片晶团的长大或板条的粗化[12]。
图4　热等静压后Ｔｉ-47Ａｌ-2Ｃｒ-2Ｎｂ合金的显微组织(ａ)1200℃热压后的样品(ｂ)1300℃热压后的样品
图5显示的是ＨＩＰ前后Ｔｉ-47Ａｌ-2Ｃｒ-2Ｎｂ合金的相组成。这两种样品都主要由Ｔｉ3Ａｌ相和ＴｉＡｌ相组成,但在2θ=40°左右出现了一个小峰。该峰与Ｔｉ-Ａｌ-Ｎｂ合金中常见的β2相的(110)峰位置接近[11]。由于仅从一个峰不能完全确定该相的存在,还需进一步证实。从图中可以看出,ＨＩＰ后两种样品中的α2相的含量都下降了。这是因为在1200℃热压时,Ａｌ及合金元素Ｃｒ,Ｎｂ向Ｔｉ颗粒中的扩散不完全,在高温时保留的α相中Ａｌ及合金元素含量较低,冷却时α有序化直接转化为α2相;同时由于成分不均匀,有的α相中Ａｌ及合金元素含量较高,冷却时析出γ相,形成α2/γ层片晶团。
图5　热等静压前后Ｔｉ-47Ａｌ-2Ｃｒ-2Ｎｂ材料的相组成变化(ａ)1200℃热压的样品;(ｂ)1300℃热压的样品
因此在这一温度下热压后,α2相的含量较多。在1250℃,4ｈ,ＨＩＰ时,材料内成分趋于均匀化,α相中Ａｌ及合金元素含量增多,冷却后析出的γ板条也增多,因此α2相的含量减少了。前面的分析同样适用于1300℃热压后的样品,只是在1300℃热压后,α相中已有足够的Ａｌ及合金元素含量,可以在冷却过程中析出γ板条,形成大量的α2/γ层片晶团。
元素Ｔｉ,Ａｌ粉末的热压反应合成主要是由扩散控制,添加了Ｃｒ,Ｎｂ元素粉后,扩散过程更趋于复杂,同时由于存在扩散不完全现象,很难根据相图研究热压过程显微组织的变化。因此,获取成分均匀的合金对控制显微组织和力学性能是致关重要的。从本工作的结果来看,Ｃｒ元素能够较好地扩散到钛铝合金中去,未发现Ｃｒ元素的大范围聚集区;而Ｎｂ元素却扩散不完全。这一方面是由于在高温时Ｃｒ比Ｎｂ的扩散系数大;另一方面也是由于Ｎｂ粉末原料较粗。因此,为了达到成分完全均匀化,一方面可以提高反应温度,但这将带来组织粗大的风险;另一方面应降低合金化元素粉末的粒度,如采用粒度细小的Ｎｂ粉,这在另文中已有数据[13]。

4　结论
1)元素粉末冶金是制备高致密度Ｔｉ-47Ａｌ-2Ｃｒ-2Ｎｂ合金的有效手段。在1300℃热压可以得到细小近全层片组织的ＴｉＡｌ基合金,晶团尺寸约50～60μｍ。Ｃｒ元素能够较好地扩散到合金基体中去,而要实现Ｎｂ的充分扩散,则必须降低原料Ｎｂ粉末的粒度。
2)采用热等静压可以促进材料内合金元素Ｃｒ和Ｎｂ的均匀化扩散。

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