TiAl—1ONb合金铸态组织演化规律的研究
添加高铌对TiAl合金组织和高温性能的影响
显 改善。因此对于高铌 含量的 ＴＡ 合金研究得到 ｉ１
快 速发 展 。但是关 于含 铝 量小 于 ４ ｍｏ ５ １ 含Ｎ ％和 ｂ量 大于 １ｍｏ％的 ＴＡ 合 金研究 很少 。 ０ １ ｉ１
蠕变测试 结果表明 ，Ｔ一 ０ １ ｘ ｂ ｉ４ Ａ 一 Ｎ 合金（＝ ０ ｘ ｌ， １，１） ５ ６ 的显微结构强烈影 响它 的蠕变强度 。ＴＡ－ ｉ１ Ｎ 合金 的蠕变强度取决 于Ｂ 基体对 裂纹扩展 的抑 ｂ ２ 制 能力 ，Ｔ一 ０ １ １Ｎ 合 金蠕变寿命最 长 ，具有 ｉ４ Ａ— ５ ｂ
在氩气保护下，采用 钨电极 电弧重熔工艺制备
了Ｔ—０ ｌｘ ｂ ｉ４Ａ—Ｎ 合金（＝ ０ １ ，１ ） ｉ４ Ａ — ０ ｂ ｘ １ ， ５ ６ 。Ｔ一 ０ １ １Ｎ
存在 Ｂ ＋ 相 ， ２ Ｔ 还存在 相和少量 相 。Ｔ一０ １ ｉ４ Ａ —
１Ｎ 合 金 中 的 相 是 通 过 均 匀 形 核 沉 淀 在 Ｂ 和 ６ｂ ２
由于 １ Ｔ １ ， ｉ 合金低密度和高温时的高比强度 ， 一Ａ
因此 很 有 希 望 在航 空 和 汽 车 工 业 的 高 温 领 域 得 到 应 用 。但 该 合 金 低 的 延 展 性 和 抗 氧化 能 力 限制 了 它 的实 际 应 用 。研 究 发 现 ， 添加 第 ３组 元 可 以提
１ 晶界上。 ， 相
合金锭在 １ ７ 进行４ ％的热轧变形后 空冷 ，再 ３Ｋ ４ ０ ． 加 热到 １ ２ ，保温３ ｉ空冷 ，再在 １ ７ 保 ３Ｋ ６ ０ｍｎ ３Ｋ ２
TiAl基金属间化合物的发展
３２中国材料进展第２８卷Ｂ合金化，可进一步提高高温强度，细化晶粒¨ｄ１。
在过去的年代里，全世界范围内发展了很多不同的ＴｉＡＩ合金。
一般来讲，工程用＾ｙ—ＴｉＡＩ合金的成分范围可以合并一起表示为Ｔｉ一４５（４５—４８）Ａｌ一（０～２）（Ｃｒ，Ｍｎ）一（１～８）Ｎｂ—ｘＢ—ｙｃ—ｚＳｉ。
在发展过程中Ａｌ含量逐渐降低，而Ｎｂ含量则逐渐升高，这反映在使用温度的不断提高上。
硼元素的添加逐渐变得普遍，作为一种晶粒细化的途径，硼在锻造合金中的添加量要稍微少于在铸造合金中的添加量。
低Ｎｂ合金化的ＴｉＡＩ合金中有时添加少量碳或硅元素来提高合金的蠕变抗力‘“。
目前工程用ＴｉＡＩ合金已形成两个不同使用温度的级别，高温ＴｉＡＩ合金（高Ｎｂ—ＴｉＡＩ合金）和普通ＴｉＡｌ合金，基础合金成分主要差别是在Ｎｂ含量上：Ｔｉ一４８ＡＩ一２Ｎｂ为普通Ｔｉｍ合金；Ｔｉ一４５Ａ１一（５—１０）Ｎｂ为高Ｎｂ—ＴｉＡＩ合金。
１９８７年，在国家８６３计划的支持下，北京科技大学陈国良等选择Ｔｉ—ＡＩ—Ｎｂ系中的高Ｎｂ—ＴｉＡｌ合金相区进行了大量基础研究。
在１９９１年得到国家发明专利＂１。
１９９０年开始在国内外召开的国际会议上发表研究成果，特别是１９９０年和１９９２年两次在美国召开的国际会议上做了系统的介绍，产生较大影响∞。
７１。
１９９５年第一届国际ＴｉＭ金属问化合物合金会议主席美国ＫｉｍＹＭ博士在大会报告中提出要发展高温高性能ＴｉＡＩ合金，并指出高Ｎｂ—ＴｉＡｌ合金是发展高温高性能合金的“首例”，提出这是非常值得进行的工作１８１。
高Ｎｂ合金化使Ｔｉ舢合金发展进入新阶段，室温屈服强度可达８００ＭＰａ，高温强度（７６０℃）可达５５０ＭＰａ，同时保持原有室温拉伸延伸率不降，特别是大幅度提高了合金的抗氧化性。
目前，高Ｎｂ—ＴｉＡＩ合金的研究在国内外已经很广泛，成为发展高性能合金的重要途径。
２高Ｎｂ．ＴｉＡｌ合金的基础研究高Ｎｂ—ＴｉＡＩ合金相关的基础研究工作主要包括：Ｔｉ—Ａｌ—Ｎｂ三元系相图一““、成分一力性图、成分一抗氧化性图等¨２’１引；高Ｎｂ—ＴｉＡＩ合金中形变诱导界面结构变化‘ｔｓ－２０３、形变诱导微区有序变化和诱导相变的高分辨研究心“２２１；形变孪晶和孪晶交截研究ｍ１；Ｔｉ—Ａｌ＋Ｎｂ系中原子分布的计算和实验研究、工程合金的发展等Ⅲ’。
TiAl合金的热加工、组织和性能
第２ 卷 ９
第３ 期
中 国材 料 进 展
ＭＡＴ ＥＲＩ ＡＬＳ ＣＨＩ ＮＡ
Ｖｏ ９ Ｎｏ ３ Ｌ２ ． Ｍａ ． ０１ ｒ２ ０
２１ ０ ０年 ３月
ＴＡ 合 金 的 热 加 工 、 组 织 和 性 能 ｉ１
陈玉勇 ，杨 非 ，孔 凡涛 ，肖树 龙
（ 哈尔滨工业大学材料 科学与工程学 院 ，黑龙 江 哈尔滨 １００ ） ５ ０ １
Ｋｅ ｒ ｓ：Ｔ Ａ ｌ ；ｐｏ ｅ ｓ ｇ ｉｒｓ ｕ ｔｒ ；ｐｏ ｅｔ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ｉ１ ｏ ｌ ａ ｙ ｒｃ ｓｉ ；ｍ ｃ ｔ ｃ ｅ ｒｎ ，ｗｔ ｉ ｆ ２０ｍｍ ｘ ４ｍｍ ａｄ５ ０ｍ ０ ｍ，ｒｓｅｔ ｅ ，ｗ ｒ ｕｃｓｆＨ ｒｐ ｅ ｒ ｇ ｏ ｉ Ｃ ｉａ ｉｌ ｚ ｏ ＋ ６ ｎ ０ ｍ ｘ３０ ｍ ｙｎ ｌｓ ｅ ２ ｅｐ ｃｖｌ ｉ ｙ ｅｅｓｃｅｓ ｙｐｅａ ｄｔ ｏ ｈ ｕ ｒ ｈｕ
关键 词 ：ＴＭ 合金 ；加工 ；组织 ； 能 ｉ 性 中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｉ６ ２ Ｇ ４ ． ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１７ ３ ６ （ ０ ０ ０ ０ １ ０ ６ ４— ９ ２ ２ １ ） ３— ０ ２～ ６
TiAl_基合金微合金化技术的研究进展
第14卷第6期2023年12月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14，No.6Dec. 2023TiAl 基合金微合金化技术的研究进展张宏伟*（北京佰能电气技术有限公司，北京 100096）摘要：TiAl 基合金具有质轻、高强、优异的抗高温氧化及抗蠕变性能等特点，在航空航天、汽车制造等领域具有重要的应用价值。
在TiAl 基合金的发展历程中，微合金化技术一直是研究的核心和关键。
为此，本文综述近年来关于合金化元素对TiAl 基合金显微组织、力学性能和高温抗氧化性能的影响及作用机理的研究进展，并对进一步的研究工作提出建议。
关键词：TiAl 基合金；显微组织；力学性能；高温抗氧化性能中图分类号：TG146.23 文献标志码：AResearch progress on the microalloyed technologyof TiAl-based alloysZHANG Hongwei *（Beijing Baineng Electrical Technology Co.， Ltd.， Beijing 100096， China ）Abstract: TiAl-based alloys have important application value in the fields of aerospace and automotive manufacturing due to their lightness, high specific strength, and excellent resistance to oxidation and creep at high temperatures. During their development process, microalloyed technology has always been the key to the research. Thus, this paper presented the effects of alloying elements on the microstructure, mechanical properties, and high temperature oxidation resistance of TiAl-based alloys in recent years, and put forward some suggestions for further research.Keywords: TiAl-based alloys ； microstructure ； mechanical properties ； high temperature oxidation resistanceTiAl 基合金因具有轻质、高强、优异的抗高温氧化及抗蠕变性能等优良特性，成为一类介于镍基、钴基高温合金和高级陶瓷材料之间的理想高温结构材料。
TiAl金属间化合物的研究进展
αT i A l金属间化合物的研究进展3周怀营 湛永钟(广西大学材料科学研究所,南宁,530004;第一作者42岁,男,教授)摘要 综述了T i A l金属间化合物的研究进展.介绍T i A l合金室温脆性的解决办法,对其制备和加工的新工艺进行分类评述,并从基础理论研究、制备与加工新技术、类单晶T i A l及T i A l 基复合材料的研制等方面指出其今后的研究与开发动向.关键词 T i A l;金属间化合物;室温脆性分类号 T G13213+2许多金属间化合物由于具有比重轻、强度高、高温力学性能和抗氧化性优异等特点,而被认为是一种理想的待开发的航空航天用高温结构材料[1].与其他金属间化合物相比,T i A l系由于铝化合物本身所具有的极高的抗氧化性、较高的比熔点、较低的密度以及钛极高的比熔点,而成为近年来人们研究开发的焦点,目前正在研究开发的主要有T i3A l(Α2),T i A l(Χ)和T i A l3(Σ).室温脆性和难加工成形性是其实用化进程上的主要障碍[2].人们经过对T i3A l合金比较全面系统的研究,可以期望它最先接近实用化;T i A l3则由于室温塑性更差,目前只限于在日本、美国和中国等少数国家进行基础性研究.目前,研究的重点主要集中在T i A l合金上,试图通过合金化及热加工等手段来改善其室温脆性问题.1 T i A l金属间化合物室温脆性问题的解决办法T i A l是典型的Betho llide型化合物,任何温度下均呈有序状态.根据A l含量的高低,T i A l合金可分为Χ单相合金(≥49at%A l)和Χ+Α2双相合金(<49at%A l),而Χ+Α2双相合金按组织形态又可分为4类:(1)全片层组织(FL),由较大的层片块组成;(2)近片层组织(NL),由较大的层片块及较细的Χ+Α2等轴晶组成;(3)近Χ组织(N G),由粗大的Χ等轴晶及较细的Χ+Α2混合组成;(4)双态组织(D up lex),为细小的层片块和细小的Χ+Α2等轴晶的混合组织.由于T i A l晶体为面心四方结构(L10型),晶胞c a比值为1102,晶体对称性低,滑移系少,且共价键成分大,电子云分布不均匀,因此室温时呈脆性.目前用于改善T i A l合金室温脆性的方法可归纳为合金化法和热加工法[3].111 合金化法通过合金化来改善ΧT i A l金属间化合物室温脆性,是近年来T i A l合金研究的一个重要方向.目前发展的T i A l基合金的成分为T i(46～52)at%A l(1～10)at%M,其中M为C r,M n,V,M o,T a 等元素中的一种或几种.合金化法改善T i A l合金室温脆性的基本机制为:(1)细化晶粒,以提高合金的延展性;(2)调控合金显微组织,获得具有较大体积百分量的细小的全片层组织,以均衡提高T i A l合金室温拉伸性能和断裂韧性[4];净化合金,降低氧、氮等间隙式杂质元素的含量.近年来,通过添加C r来改善T i A l金属间化合物室温脆性的研究取得了显著的成果.添加C r后,可取代T i A l中的A l,有助于获得低A l的Χ相;同时降低了Α2相的稳定性,使片层Α2相变成粒状,形成了新生的细小的Χ+Α2晶体,因而可显著细化Χ+Α2两相合金铸态组织.K i m[5]认为,同时加入N b和C r对提高T i A l合金性能最为有效.曹名洲等人[6]的研究表明,在T i A l合金中添加M n后,使Χ相晶格a和c轴都减小,并使c a值接近1.M n促使Χ相中孪晶的形成,提高了T i A l合金的室温塑性.B lackburn等人[7]发现适量的V能有效地提高T i A l合金的塑性,并可降低韧脆转变温度.贺连龙[8]的研究表明,T i A l金1999年12月Journal of Guangx iU n iversity(N at Sci Ed)D ec.1999 α3国家自然科学基金(29771009)和广西自然科学基金(9824017)资助项目收稿日期:19990802属间化合物中加入少量Si 可使其电子云对称化,从而提高室温延性.计算结果表明,Si 比M n 的合金化效果更好.最近,有关T i A l 金属间化合物通过添加稀土元素改善室温脆性的研究也取得了长足的进展.刘昌明等人[9]发现N d 可明显增加铸锭柱状晶的长度和减小柱晶直径,同时细化了铸锭中心区的等轴晶粒.添加011at %N d 后,铸锭的平均晶粒尺寸由1400Λm 减小为450Λm .V asudevan 等人[10]在合金中加入014at %E r 后,发现由于形成E r 2O 3弥散粒子,降低了基体中杂质氧的含量,使塑性得以改善.陈仕奇等人[11]发现添加L a 也具有类似的效果.112 热加工法解决T i A l 室温脆性的另一重要途径是通过控制热加工工艺参数来达到的.这一方法的基本原理可归纳为:(1)获得细晶组织,减少滑移长度、增加非滑移系,从而提高塑性;(2)控制工艺参数,减少成分偏析和晶粒大小不均匀性.显微组织是影响T i A l 合金力学性能的重要因素.双态组织有利于提高合金的室温延性,但其高温抗蠕变强度低;而较粗大的全片层状组织具有优良的抗蠕变能力,但室温延性低.因而,为能在保证T i A l 基合金优良的高温力学性能的前提下解决其室温脆性的问题,细化其粗大全片层结构成为了近年来研究者追求的目标[9].K i m [12]报道了用等温热锻工艺可使T i A l 合金晶粒尺寸减小到500～1000Λm ;而采用复合热机械工艺破碎粗大片层组织,可使晶粒尺寸下降到20～30Λm ,从而获得性能优异的细晶组织,极大地改善了T i A l 合金室温塑性.H all 等人[13]研究发现,通过适当的热机械处理可获得具有层片状T i A l (Χ)+T i 3A l (Α2)组织的双相T i A l 合金,其室温塑性比单相T i A l 合金有明显改善.H ana m ura 等人[14]利用快速凝固技术研究了T i A l 基合金的显微组织.结果表明,在104～105K s 的冷却速度下可获得直径为1～3Λm 的细小晶粒,从而使该工艺成为一种解决T i A l 合金室温脆性的可能途径之一.在此基础上,曹名洲等人[15]采用气体雾化法制备了T i A l 合金的微晶粉末,其快冷态主要由Α2相和少量Χ.经900℃,2h 真空退火后,大部分Α2相转变成Χ相,使原来的组织更加细化.此外,蒲忠杰等[16]在同时加入C r 和V 的情况下,将T i A l 合金经1250℃再结晶处理,并适当控制冷却速度,获得了418%的室温延性.2 金属间化合物制备与加工新工艺目前,T i A l 合金尚未进入实用化阶段,但有关其制备技术的研究早已展开.除熔铸、粉末冶金等常规方法外,人们还根据材料自身的特点开发了许多种新的材料成型加工技术.(1)快速凝固法:该法将快速凝固技术与粉末冶金相结合,采用旋转盘雾化法,等离子旋转电极法或气体雾化法制得预合金粉末,而后装入钛合金包套中,经干燥,抽空和密封,再加热挤压成型[1].该法不但明显增加了B ,Si ,V 等溶质原子在基体中的固溶度极限,获得很好的固溶强化和沉淀强化效果,而且通过细化晶粒及第二相粒子,减少成分偏析,提高了强度和塑性.(2)机械合金化反应烧结:通过高能球磨使元素粉末在室温下通过固态反应生成合金粉末,甚至使互不相容的元素形成假合金.通过球磨,使成分分布均匀,晶粒及弥散颗粒比采用快速凝固法更不易长大,获得具有超塑性能的超细晶粒,有利于T i A l 合金室温脆性的改善.机械合金化处理后,T i A l 合金的室温延展性可达5%[17].(3)自蔓燃反应合成法(SH S ):该法利用物质反应热的自传导作用维持燃烧波的传播,使不同物质间发生化学反应,在极短时间内形成化合物.由于以单一金属粉末为原料,不必将材料全部熔化即可合成化合物,克服了金属间化合物制造上的困难.目前采用该法合成的T i A l 金属间化合物经H IP 可以制出致密的烧结坯,且性能和成本均达到了应用要求.(4)超塑性成形技术:超塑性成形技术是利用材料在一定温度和应变速率范围内表现出的超塑性进行材料成形的,其关键是要具有超细晶粒并选择合适的变形速率和变形温度.T i A l 合金超塑性的发现为解决其成形问题提供了广阔的前景.在5×10-5s -1的应变速率下,T i A l 合金晶粒尺寸可达2Λm ,而最大塑性超过了230%[1].3 研究及开发动向(1)基础理论研究.广泛测定T i A l X 系相图,寻找新的合金元素,确定合金的最优成分与组362第4期周怀营等:T i A l 金属间化合物的研究进展462广西大学学报(自然科学版)第24卷 织,以全面提高T i A l合金的综合性能;深入研究合金的塑性变形机理,掌握T i A l金属间化合物的超塑性变形机制,并寻求其实际应用途径;发展一套关于T i A l合金的系统的成分—组织—性能的理论体系.(2)开发制备与加工的新工艺.开发无污染熔炼、制粉工艺,降低氧、氮等杂质元素的有害作用;研究T i A l合金领域热等静压的条件、方式对压块的影响;确定合理的热处理工艺参数,改善合金微观组织,解决其室温脆性问题;利用冲击波、电、磁等手段解决成形问题.(3)类单晶T i A l合金及T i A l基复合材料的研制.研究类单晶T i A l的变形和断裂特征,利用其良好的塑性和高强度、高断裂韧性,在较短时间内能作为高温结构材料获得实际应用.寻找新的高质、价廉的共容增强颗粒,解决与T i A l基体间的相容性问题;加强T i A l基复合材料的优化设计,开发新的复合材料制备技术,为T i A l合金的广泛应用开拓更广阔的前景.参考文献1 曹 阳,李国俊.金属间化合物高温结构材料的研究动向.材料导报,1994,(4):14～182 N obuk iM,H ash i m o to K,T suji m o to K,et al.D efom ati on of T i A l in ter m etallic compound at elevated te mperatures.J Jpn In st M et,1986,50(9):840～8443 刘志坚,曲选辉,黄伯云.粉末冶金法制备T i A l合金的进展.材料导报,1995,(2):23～284 张继,张志宏,邹敦叙,等.T i A l合金细小全片层组织断裂机理.金属学报,1996,32A(10):1044～10485 K i m Y W.O rdered In ter m etallic A ll oys III.Gamm a T itan ium A lum in ides.JOM,1994,49(7):30～396 曹名洲,韩东,周敬,等.含M n的T i A l基合金的组织和性能.金属学报,1990,26(3):A223～A2277 B lackburn M J,S m ith M P.T itan ium A ll oys of the T i A l T ype.U S Pat,4294615.197907258 贺连龙,叶恒强,徐仁根,等.T i A l-V-Si合金中T i5Si3析出相与基体相的取向关系.金属学报,1994,30(4):A145～A1499 刘昌明,李华基,何乃军,等.钕对T i-44A l合金组织和晶粒尺寸的影响.材料工程,1998,(11):20～2310 V asudevan V K,Court S A,Kurath P,et al.Effect of purity on the defo r m ati on m echan is m in the in ter m etallic compound T i A l.Scri p ta M etall,1989,23(6):907～91211 陈仕奇,曲选辉,雷长明,等.T i A l+L a有序合金的室温力学性能.金属学报,1994,30(1):A20～A2412 K i m Y W.Effects of m icro structure on the defo r m ati on and fracture ofΧT i A l all oys.M ater Sci Eng,1995,A192-A193:519～53313 H all E L,H uang S C.Sto ich i om etry effects on the defo r m ati on of binary T i A l all oys.J M ater R es,1989,4(3):595～60214 H anam ura H,Sugai T,T an ino M.R ap idly Q uenched in ter m etallic compounds.T i A l and A l3T i.In:N i ppon Steel,ed.Sin tering′87.Tokyo:E lsevier A pp lied Science Poblishers,1988.617～62815 曹名洲,韩东,张涛,等.快速凝固T i A l基合金微晶的显微组织.金属学报,1992,28(10):A426～A42916 蒲忠杰,石建东,邹敦叙,等.T i A l基合金组织对拉伸性能的影响.金属学报,1993,29(8):A363～A36917 Suryanarayana C,F roes F H.M echan ical all oying of titan ium base all oys.A dv M ater,1993,5(2):96～106D evelop men t of Studi es on Ti A l I n ter metall i csZhou H uaiying Zhan Yongzhong(In stitute of M aterial Science ,Guangx iU n iversity,N ann ing,530004)Abstract T h is paper describes the status quo of studies on the T i A l in ter m etallic compound and in troduces the s o luti on s to its room brittle.It als o revie w s the ne w p roducti on and p rocesses by classificati on s. Further research directi on s,such as theo retical research,ne w p rocessing techno l ogies and single crystal like T i A l etc.is po in ted out.Keywords T i A l;in ter m etallic compound;room brittle(责任编辑 唐汉民)。
SEM文献
第35卷1999 第1期年1月金属学报ACTA M ETALL U R GICA SIN ICA Vol.35No.1January1999铸造TiAl-W-Si合金的组织转变3殷为民 郭建亭 V.Lupinc2)1)中国科学院金属研究所,沈阳1100152)CNR-TEMPE,Via Cozzi53,20125Milan,Italy摘 要 研究了热处理及合金元素W对T iAl合金显微组织的影响,探讨了该合金随温度变化发生的相转变规律.1300℃热处理时部分溶解的层片组织在随后冷却过程中由α固溶体形成细的层片晶团,而未溶解部分则发生连续和不连续长大而粗化.随着W含量的增加,不但有序β相增加,而且以多种形态出现,同时层片组织不稳定,易产生双态组织.从合金加热到熔化,再冷却至800℃的差热分析,结合显微组织的研究,得出该合金的相转变规律为:L→L+β′→α+β′→α→α+γ+β″,最终形成α2+γ+β″+ω+T i5S i3的多相组织1关键词 TiAl合金,组织转变,合金化,DSC分析中图法分类号 TG146.2,TG113.12 文献标识码 A 文章编号 0412-1961(1999)01-0032-36 MICR OSTRUCTURE TRANSFORMATION IN CASTTiAl-W-Si ALLOYY IN Wei mi n1,2),GUO Jianti ng1),V.L upi nc2)1)Institute of Metal Research,The Chinese Academy of Sciences,Shenyang1100152)CNR-TEMPE,Via Cozzi53,20125Milan,ItalyCorrespondent:GUO Jianti ng,prof essor,Tel:(024)23843531-55493,Fax:(024)23891320, E-m ail:jtguo@i m Manuscript received1998-07-20,in revised form1998-09-30ABSTRACT The effects of heat treatment and tungsten on microstructure in TiAl alloy have been investi2 gated.The part of lamellar structure resolved at1300℃transformed fromαto fine lamellar structure dur2 ing cooling,and the unsolved part corarsened continuously and discontinuously.With increasing of tung2 sten content,the amount ofβphase increases and has several kinds of mellar structure in the1.5%W alloy is more stable than that in the2.1%W alloy.DSC and microstructure analysis showed the process of phase transformation as:L→L+β′→α+β′→α→α+γ+β″.KE Y WOR DS TiAl,microstructure transformation,tungsten alloying,DSC analysis 铸造γ-T iAl合金作为轻质高温结构材料在燃气轮机和车辆发动机应用方面越来越显示其优越性,是取代现有的钛合金和高温合金的材料之一.含W,S i的铸造T iAl合金是最新设计发展起来的,它具有很高的蠕变抗力,已成功地用该合金制造出增压器[1,2].目前普遍受关注的T iAl-V和T iAl-Nb等合金体系的显微组织和相转变规律已有大量的研究工作[3,4].然而,有关T iAl-W体系合金的研究非常有限,并且研究结果还不一致.Martin发现W可以提高粉末冶金T iAl合金的3意大利国际理论物理中心资助项目收到初稿日期:1998-07-20,收到修改稿日期:1998-09-30作者简介:殷为民,男,1966年生,副研究员,硕士蠕变强度,但对铸造合金没有作用[5].Fuches却发现W可以进一步改善T iAl-2Nb-2Cr合金的强度[6].虽然他们都开展了W对合金力学性能影响的研究,但对该合金的显微组织未曾深入研究,更没有进行过W,S i综合合金化后显微组织的研究.本文作者已分析了铸造T i-47Al-2W-0.5S i合金的显微组织,发现常温下合金中含有B2结构β-T i(Al,W)[7].β相在合金中有多种形态,且在块状β相中还有T i5S i3和γ相析出.单纯认为W稳定β相并不能解释不同形态β相的析出.只有深入研究合金的组织转变,才能弄清β相的析出规律,并控制好合金的显微组织,从而获得具有优异综合力学性能的T iAl合金.本文利用A BB公司不同批次合金成分、工艺的差异,补充一些热处理试验,结合SEM,TEM和DSC的分析,探讨了合金的组织转变规律.1 实验材料和方法T iAl合金是由瑞士的A BB动力设备公司(A BB P ower G eneratian Ltd.,Switzerland)提供.合金经真空感应炉熔炼,精密铸造成直径约为15mm的圆棒.不同批次合金的成分(原子分数,%)为:T i-46Al-0.6S i-(1.5,2.1)W;T i-47Al-2.1W-(0.3,0.6)S i.全部合金均在1185℃,172MPa 条件下热等静压3h后,再分别经过1300℃,20h均匀化和913℃,4h稳定化的热处理.金相样品用常规方法制备,浸蚀剂为K roll溶液.用配有P olaroid相机的金相光学显微镜和Leica S430扫描电子显微镜对腐蚀和抛光两种状态的金相样品进行分析.将合金试棒用砂轮横向切成薄片,研磨后,在含有10%高氯酸的乙醇溶液中电解双喷,操作条件为-40℃,电流强度10 mA,电压35V.用配有双倾样品台的J E OL2000FX II分析透射电子显微镜分析观察,结合微区成分分析,选区衍射和明暗场技术对合金相进行分析.用高温定量S etaram HT DSC差热分析仪对约1g重的样品从400℃到熔点(约1540℃)进行测量,测量时有流动的氩气保护,加热和冷却的速率都是10℃/m in.数据处理方式同文献[8].2 实验结果2.1 层片组织和粗化所有合金都是由等轴γ和α2/γ层片组织构成的双态显微组织.层片组织有两种形态:一种是典型的细层片,另一种是不规则的粗层片.在一个大的原始晶粒中可以发现不同取向的层片状晶团,如图1所示.在合金中可以看到A,B两个长大的γ相(图2).由图2a明场像可见,A,B相与γ层片具有相同的衬度;在(002)γ暗场像中A与B相的衬度完全相反.这表明它们具有不同的位向.粗化的层片组织虽然α2/γ取向关系保持不变,但相界面变得很不规则.很明显,其形成规律与初生层片组织和等轴γ晶截然不同.1.5W合金为典型的全层片组织. 2.2 等温组织转变为了研究相转变规律的影响,进行了几种等温热处理的实验.1400℃固溶处理后水淬,合金中原来的析出相,如T i(Al,W)和T i5S i3等,溶解消失,合金为单相过饱和的α固溶体.随后在1250—1350℃温度范围内热处理后,原始的枝晶轴区在SEM背散射像中较亮,枝晶间区较暗.显然,热处理没能消除合金的显微偏析,枝晶轴区仍然富集重原子W.有块状、条状富W的第二相在枝晶轴区析出,电镜分析表明这些相是有序β相.合金试样分别经650℃,1000h和800℃,800h长期时效处理,显微组织进一步等轴化,等轴γ晶粒和块状β相增多,层片组织增厚.合金还是由α2,γ,T i(Al,W)和T i5 S i3等相共存的显微组织(图3).图1 Ti-47Al-2.1W-0.3Si合金的层片状组织Fig.1 Lamellar structure with different orientations in Ti-47Al-2.1W-0.3Sialloy图2 Ti-47Al-2.1W-0.6Si合金两种取向的粗化γ相Fig.2 Bright field image(a)of coarseningγphase and dark field image taken by002γ(b)2.3 随温度变化的组织转变用差热分析仪对几种W,S i含量的T iAl合金进行了组织转变的分析.合金经过加热到熔化再冷却下来的DSC 测量结果如图4.在加热到熔化过程中,合金发生了6个可以分辨的吸热反应变化,而冷却过程中只有3个放热峰(如表1).每个热变化都对应着相转变,所以加热过程中应该33 1期殷为民等:铸造T iAl-W-S i合金的组织转变 图3 Ti -47Al -2.1W -0.6Si 合金650℃长期时效1000h 后的显微组织Fig.3 Microstructure of Ti -47Al -2.1W -0.6Si alloy agingat 650℃for 1000h 图4 Ti -47Al -2.1W -0.6Si 合金加热和冷却过程中的差热分析结果Fig.4 DSC results of Ti -47Al -2.1W -0.6Si alloy表1 合金中的相转变T able 1 Possible phase transformations in alloy eslimated with DSC Heating Starting Completed temperaturetemperatureTransformation℃℃ Cooling Starting Completed temperaturetemperatureTransformation℃℃1215-γ+α2→α1520-Undercooled βliquidus-1330γsolvus -1411βdissolution in α-1385β″solvus13101200γprecipitation overlapping α→α2+γ1420-Massive α→βstart 1465-α→L +β1540βliquidus图5 三种成分合金加热过程中局部的DSC 曲线 Fig.5 DSC traces for three different alloys1—Ti -47Al -2.1W -0.6Si 2—Ti -47Al -2.1W -0.3Si 3—Ti -46Al -1.5W -0.6Si发生了6次相的转变.图5给出了3种成分合金加热过程中局部的DSC 曲线,借助图5可以较容易地确定转变温度.由图5可知,几种W ,S i 含量合金的DSC 曲线峰值温度和强度变化较大,说明W ,S i 含量对组织转变具有明显的作用.3 分析和讨论3.1 合金的显微组织和组织粗化在Al 含量(原子分数,下同)小于46%时,T iAl 合金凝固时经过初生β(即β′)相区后,由β转变为α,最后形成等轴的α2/γ层片状组织晶团.在较高的Al 含量合金中,凝固不经过β相区,而直接由α相区形成粗大的柱状晶层片状组织,对于Al 含量超过49%的T iAl 合金,凝固时直接形成γ等轴晶[9].虽然本合金Al 含量不小于46%,但由于加了合金元素W 和S i ,初生相也发生了变化.当α从β相析出时,两相保持一定的位向关系.当α发生共析反应α→α2+γ生成α2+γ层片状组织时,面心立方γ相与密排六方α(α2)相有下列位向关系:(111)γ∥(0001)α,〈110〉γ∥〈1120〉α.由于密排六方α(α2)相(0001)面是唯一的,在原始的α晶粒中只能形成一种排列方式的层片状组织.如果初生相是α,而初生α枝晶沿〈0001〉α方向择优生长,所以最后层片状组织与枝晶轴的取向关系只有一种,即α2/γ层片垂直于散热方向.当初生相是β时,枝晶沿〈100〉β择优生长,β相按(110)β∥(0001)α,〈111〉β∥43 金 属 学 报35卷 〈1120〉α转变为α相,形成的层片状组织有4种不同的取向[10].从合金最后组织的取向关系可以判定初生相的种类,1.5W和1.9W合金中每个层片晶团只有一种层片取向,初生相应为α相.而2.1W合金有不只一种层片取向,故初生相应为β相. 2.1W合金不但W含量最高,而且其Al含量最低.这两个因素都有利于β相的形成.1400℃热处理后,合金为全层片组织.这是由于在此温度下合金处于α固溶区,组织全部固溶形成过饱和α.冷却时α发生共析转变,形成α2+γ两相层片组织. 1300℃热处理时,部分组织溶解形成过饱和固溶体,随后冷却过程中转变为细的层片组织.未溶解的组织在高温下发生长大,γ相逐渐粗化,有的形成等轴γ晶.粗化过程中包含了连续和不连续两种转变类型.如图2所示,与原始γ相有较大位向差的γ具有较大的尺寸.可见不同的取向导致了不同的生长驱动力.大尺寸γ相进一步长大就形成了等轴γ晶.大量组织的粗化是一种不连续长大,α和α2层片同时增厚,α2/γ界面由笔直变得不规则,形成粗化的层片状组织.W是稳定β相的元素,加入W可扩大β相区的温度范围,并可延伸到更高的Al含量.从二元T i-Al相图看,β相无法在常温下存在.本实验合金在常温下不但有β相存在,还发现了多种形态的β相,表明它们的析出机制与T i -Al合金有所不同.而含W合金组织结构和相转变的研究到目前为止还极为有限,难以给出满意的解释.V,Nb等合金元素也是强的β稳定化元素,W的作用应与V,Nb等元素相似.V,Nb对T iAl组织的影响已开展了大量的研究工作,获得了一些三元系的等温截面相图.本文作者综合不同等温截面相图,得到不同V含量的局域伪二元相图.将部分伪二元相图叠加到T i-Al相图上(图6),发现由于β稳定化元素V的加入,可由固态反应析出β相(即β″)所以,在常温下出现两个含β的新相区:β+γ,α2+γ+β.由此可以判定,加入W后的T iAl合金也应出现了上述类似的相区.W是正偏析元素,含W的T iAl合金存在着较重的凝固偏析,枝晶轴富W,而枝晶间富Al.由于富W的枝晶轴局部成分处于含β相的相区之内,故在冷却过程中析出了β相.有的区域成分进入α2+β+γ相区,有的进入β+γ相区,所以析出不同形貌的β相.3.2 合金的组织转变过程从图5DSC曲线上可知,合金组织的第一个转变出现在1215℃,该转变的峰值温度和强度与合金的W和S i含量都没有明显的关系,所以该转变应该与β相和S i化物无关.从曲线的形状可知,该反应很剧烈,属于三相反应类型.参考二元T iAl相图(图6)可知,该反应必然是共析转变:α2+γ→α.接下来的反应比较平缓,应该与γ的溶解有关.到1330℃时,γ全部溶入α中.此时β相还保持在合金中,合金为α+β两相组织.第三个转变与合金中β含图6 Ti-Al和(Ti,V)-Al体系的相图Fig.3 Phase diagram derived from V-modified Ti-Al alloy, showing new phase zones ofα2+γ(zone I),α2+γ+β(zone II)andγ+β(zone III)———Ti 222Ti+10%V量关系密切.在β含量极低的1.5W合金中几乎看不到该转变(图5中曲线3),而在含β相最多的2.1W合金中有很大的热变化(图5中曲线2).由于1400℃固溶后无β相,而1350℃有β相析出,所以此温度应该对应着低温β相(β″)的溶解.此时,合金全部转变为α过饱和固溶体.由于W的稳定化作用,高温相区扩大.继续升高温度,进入高温β相(β′)和α的两相区(图6).1420℃转变是一个很小的吸热反应,显然应该是α→β的相变.1465℃和1540℃则分别是初熔和液相的温度.初熔是一个包晶反应类型α→β′+L,反应迅速且吸热快,表现在DSC曲线上的“谷”很陡.到1540℃时,合金全部熔化.整个转变过程中没有发现与T i5S i3相关的吸热反应.冷却时,第一个峰很陡,说明凝固的速度很快.这可能是由于在晶体形核时存在着较大的过冷度,合金一旦发生形核就迅速凝固.全部凝固后,DSC曲线明显出现了β→α的转变,随后是一个相当宽的放热峰.这是由于α转变需要很大的过冷度,这一特点使1310—1200℃之间的其它反应被α转变所掩盖,DSC曲线表现为单一的放热峰.4 结论(1)由合金的层片状组织与枝晶轴的取向分析可知,合金的凝固经过初生β相区,产生了多种取向的层片状组织晶团.(2)等温组织转变研究表明,合金在1400℃为单相过饱和α固溶体.650和800℃长期时效后为含有γ,α2,B2和T i5S i3等相的双态组织.(3)在常温下,合金有分别与γ和α2相共存的块状、53 1期殷为民等:铸造T iAl-W-S i合金的组织转变 条状和针状B2有序相.说明在含W合金中,W不但扩大了高温β相区,还产生了常温下的γ+β,α2+γ+β新相区.(4)DSC分析表明,从400℃到熔化共有6个可分辨的组织转变.结合显微组织的研究,确定了合金凝固过程相转变的规律为:L→L+β′→α+β′→α→α+γ+β″,最终形成α2,γ,β″和T i5S i3的组织.感谢A B B动力公司M.Nazm y先生为本研究提供了试验合金,第一作者感谢意大利国际理论物理中心在1996年2月—1997年8月期间提供的经济资助.参考文献[1]Nazmy M,Staubli Pat5286443,1994;5207982,1993;5342577,1994[2]Nazmy M,N oseda C,Staubli M,Philli psen B.In:Stolof N S,JonesR H eds.,Pro ce ssing and De sign Issue s in High T emperature Mate2 rials,Switzerland:The M inerals,Metals&Materials S ociety,1997: 159[3]Ahmed T,Flower H M.Mater Sci Eng,1992;A152:31[4]Chaudhury P K,Long M,Rack H J.Mater Sci Eng,1992;A152:37[5]Martin P L,Mendiratta M G,Li psitt H A.Metall Trans,1983;14A:2170[6]Fuches G E.Mater Sci Eng,1995;A192/193:707[7]Y in W M,Lu pinc V,G u o J T.Chin J Nonferrous Met,in press[8]Baricc o M,Battezzatti L,R izzi P.J Alloys Compd,1995;220:212[9]Huang S- C.Structural Intermetallic s.Cham pion,PA:TMS,1993:299[10]Nakai K,On o T,Ohtsub o H,Ohm ori Y.Mater Sci Eng,1995;A192/193:92263 金 属 学 报35卷 。
TiAl-5Nb合金铸态组织演化规律的研究
ＴＡ 基 合 金 以其 高 的 比强 度 、比模 量 和 较 好 的 ｉ１ 高 温 性 能 已 成 为 一 种 应 用 于 发 动 机 叶 片 的高 温 结 构 材 料 解 决 ＴＭ
２ Ｓｈｏ ｔｒ ｌ Ｓ ｉｎｅａｄＥ ｇｎｅｉ ， ａｂｎＩｓｔｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ， ｒｉ ５ ０ １ Ｃ ｉａ ． ｃｏｌｆＭａ ｉｓ ｃｅｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｈ ｒｉ ｎｔｕｅｆ Ｔｃ ｎｌ ｙ Ｈａｂｎ １０ ０ ， ｈｎ， ｏ ｅ ａ ｎ ｉ ｏ ＂
３ Ｎ ｗＭａｅｉ ａ ｏａｏｙ Ｉｓｉ ｔ ｏ Ａｄ ａｃｄＴ ｃｎ ｌ ， ｉ ｎ ａｇＡｃｄｍｙｏ Ｓｉｎｅ， ｒｉ ５ ０ ０ Ｃ ｉａ ． ｅ ｔ ｒ Ｌｂ ｒｔｒ， ｎｔｕｅｆ ｌ ａ ｔ ｖｎ ｅ ｅｈ ｏｏ Ｈｅｌ ￣ｉ ｙ ｇ ｏ ｎ ａｅ ｃｅｃ ｓＨａｂｎ１０ ９ ， ｈｎ ） ｆ
杨慧敏 苏彦庆 骆 良顺 宋美慧’ ， ， ，
（． １ 黑龙江工程学院 材料与化学工程系， 黑龙江 哈尔滨 １０ ５ ； ５００ ２哈尔滨工业大学 材料科学与１ 程学院， ． 二 黑龙江 哈尔滨 １０ １； ０ ０ ５ ３黑龙江省科学院高技术研究院 新材料研究所， ． 黑龙 江 哈尔滨 １０ ９ ） ５ ０ ０ ＹＡＮＧ Ｈｕｉ —ｍｉ Ｕ ｈ— ｉ ２ ｎ ．Ｓ Ｙａ ｑ ｎｇ．ＬＵ０ ａ — ｈ ａ ｄ Ｓ Ｌｉｎｇ ｓ ｕｎ ｎ ＯＮＧ ｅ—ｈ ｉ Ｍ ｉ ｕ
（ Ｄ ｐ ｒ ｎ ． ｅ ａｔ ｔｆＭａｅｉ ｎ ｈｍｉａ Ｅ ｇｎｅｉｇ Ｈｅｌｎ ｉ ｇＩｓｔｔ ｏ ｃ ｎｌ ｙ Ｈａｂｎ１ ０ ５ ， ｈｎ， ｍｅ ｏ ｔ ａ ａｄＣ ｅ ｃｌ ｎｉｅ ｒ ， ｉ ｇ ａ ｔｕｅ ｆＴ ｈ ｏ ｇ ， ｒｉ ５ ０ ０ Ｃ ｉａ ｒ ｌ ｎ ｏ ｊｎ ｎ ｉ ｅ ｏ ＂
TiAl基合金及其连接技术的研究进展
１ｒ ０２ｉ Ｅ Ｃ 一 ． Ｓ 等 。
表 １ 钛合金、 钛铝化合物及高温合金的性能对 比…
２ ＴｉＩ 合金 的熔焊 Ａ基
但所获接头易产生凝固裂纹， 淬硬倾 向较大， 因而力学 性能普遍较差。此外 ， Ｔ １ 对 ｉ 基合金冶金方面的研究 Ａ
貌 ， 别是 全片层 （ Ｌ 、 片层 （ Ｌ 、 态 （ ｕｌｘ 和 分 Ｆ ）近 Ｎ ）双 Ｄ ｐｅ ） 近 （ Ｇ） 织 。 目前 具 有 工程 意 义 的 双相 合 金 主 Ｎ 组 要有 Ｔ 一 ８ １ ２ ｒ ２ ｂ Ｔ 一 ７ １ ２ ５ ｂ一２ Ｃ ＋ ｉ ４ Ａ — Ｃ 一 Ｎ 、ｉ ４ Ａ — ．Ｎ （ｒ
延高温合成和摩擦焊等连接方法 ， 了各种方法用 于 ＴＡ 基合金连 接时 的优缺点 。由于 ＴＡ 基 合金室 温塑性 分析 ｉ１ ｉｌ
差， 采用熔 焊方法连接时焊后冷却速度块 ， 接头组织淬硬倾 向大 ， 易形成 固态裂纹。固态连接方 法大多可控 制焊接 热循环 ， 焊接过程 中加热峰值温度相对较低 ， 对母材组 织影 ｈ ｄ ， 避免裂纹 等缺陷 ， ｉ ，可 ｎ 因而采 用 固态 连接方法 具有 优势 。如果能进一步降低冷却速 度 ， 则将熔焊方法用于 ＴＡ 基合金的连接有很好 的应 用前 景。 ｉ１
量， 但却 产 生裂纹 。熔 化区 的硬 度 相 比于母 材 增 大 ， 导
生。Ｍ Ｃ ｈｔ ｖｄ 等 人＿ 还发 现 ， ． ．Ｃ ａ ｒ ｉ ｕｅ ８ 电子 束焊 焊接 ＴＡ 基合金 时 ，０ ／ 是 — 相变 的极 限冷却速 ｉ１ ６０ ｏ ｓ Ｃ 度， 高于这个冷速时 ， 相并没有分解成 相 ， 只是发
TiAl合金显微组织分形特征及腐蚀性能研究
TiAl合金显微组织分形特征及腐蚀性能研究刘乾;廖翠姣【摘要】TiAl合金具有低密度、高强度、高硬度、高温抗蠕变强度、高温抗氧化性能及很强的耐腐蚀性能,是航天、航空及汽车用发动机等耐热结构的首选材料.通过计算TiAl合金的分形盒维数和缺项定量,分析了Ti-46.5Al(at.%)合金经不同热处理后显微组织的分形特性及其对腐蚀性能的影响.结果表明:分形盒维数基本反映出各状态TiAl合金显微组织分形结构的复杂程度,以1300℃条件下烧结保温2 h的TiAl合金微观组织的分形结构最为简单,抗腐蚀性能最好,而以1040℃退火12 h的最为复杂;经缺项分析得知,铸态TiAl合金的分形结构最复杂,由此导致其抗腐蚀性能最差.【期刊名称】《湖南工业大学学报》【年(卷),期】2017(031)004【总页数】6页(P26-31)【关键词】盒维数;TiAl合金;缺项分析;腐蚀性能【作者】刘乾;廖翠姣【作者单位】湖南工业大学机械工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学机械工程学院,湖南株洲 412007【正文语种】中文【中图分类】TQ134.1+1TiAl合金的密度较低、弹性模量较高，综合性能指标优于传统的高温合金，而其韧性高于普通陶瓷材料，因而在航空航天材料中展现出了令人瞩目的发展前景，成为新一代高温材料的代表之一。
TiAl合金现已成为高推重比航空发动机的高压压气机以及低压涡轮叶轮、叶盘的首选材料。
欧美和日本等国已相继将TiAl合金应用于先进航空发动机上，并做了大量的相关研究。
如有研究者运用先进的制造工艺，研发了高压压气机叶片等零部件，并已交付发动机装配测试[1]。
TiAl合金作为一种优异的轻质高温材料，获得了较多科研工作者的亲睐，研究者们系统地研究了其抗高温氧化性能[2-3]、抗蠕变性能[4]、抗摩擦磨损性能[5]、抗高温腐蚀性能[6]等。
为了研究自然界和非线性系统中出现的不光滑和不规则的几何体，1975年，美国著名数学家曼德尔布罗特[7]（Mandelbrot）提出了分形（fractal）概念，其数学基础是分形几何。
TiAl基合金组织热稳定性和演化机制及对力学性能的影响
TiAl基合金组织热稳定性和演化机制及对力学性能的影响胡锐;王旭阳;杨劼人;傅恒志【摘要】TiAl-base alloys exhibit outstanding balanced mechanical properties at high temperatures,which are considered as important light-weight structural candidates within 650-1000 ℃ in aerospace industry.The microstructures of TiAl alloys are unstable and decompose at evaluated temperatures,which would affect the mechanical properties.Therefore,the thermal stability and the microstructural evolution and the influence on properties have attracted close attentions for a long time.In this paper,the connotation of thermal stability of TiAl-base alloys is introduced.The microstructures evolution and phase transition of TiAl-base alloys under high temperature conditions are discussed and analyzed,including the discon tinuous coarsening of α2/γ lamella and the continuous coarseningof γ lath strip,the decomposition of α2 phase and the change of B2 (ω) phase.The effects of temperature,time,alloying elements and thermal load on microstructures,thermal stability and mechanical properties of TiAl alloy are summarized and summarized.Finally,the research direction of thermal stability of TiAl alloy is summarized and forecasted.%TiAl基合金由于其优异的综合高温力学及物理性能,成为航空航天轻质高温结构的重要备选材料,其目标使用温度范围在650～1000℃.TiAl基合金组织在高温长时服役条件下的稳定程度及演化对其力学性能有重要的影响,因此TiAl基合金组织及性能的热稳定性长期以来一直备受关注.介绍了TiAl基合金热稳定性研究内涵,对TiAl基合金在高温条件下的组织演化、相转变现象及机理进行了讨论和分析,包括α2/γ片层团的不连续粗化、γ板条的连续粗化、α2相的分解以及B2 (ω)相的变化.归纳总结了主要影响因素(合金元素、温度、时间、热载荷)对TiAl合金显微组织和力学性能热稳定的影响规律及机制.最后对TiAl合金热稳定性的研究方向进行了总结和展望.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)023【总页数】10页(P30-39)【关键词】TiAl金属间化合物;显微组织;热稳定性;力学性能【作者】胡锐;王旭阳;杨劼人;傅恒志【作者单位】西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072【正文语种】中文TiAl基金属间化合物具有低密度、高熔点、高弹性模量以及高温下抗蠕变、抗氧化能力好等优点[1]，使其成为极具发展潜力的轻质耐热结构材料，近20年来受到密切关注，被认为是650～1000℃温度范围内替代高温合金的唯一候选材料。
TiAl合金精密成形技术发展现状及展望
精 密 成 形 工 程第14卷 第1期 44 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2022年1月收稿日期：2021-08-16基金项目：国家重点研发计划（2020YFB2008300）作者简介：谢华生（1966—），男，博士，研究员，主要研究方向为先进钛合金精密成形技术。
TiAl 合金精密成形技术发展现状及展望谢华生，刘时兵，赵军，张志勇，包春玲（沈阳铸造研究所有限公司 高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室，沈阳 110022） 摘要：TiAl 合金是一种优异的轻质耐高温结构材料，在航空、航天、汽车、兵器等热端部件制造领域具有广阔的应用和发展前景，但其较低的室温塑性、韧性和较差的冷/热加工性能，限制了其工程化的进程。
为挖掘TiAl 合金的应用潜力，国内外研究机构和企业从材料设计、组织性能调控到成形工艺等方面开展了卓有成效的研究。
总结了近年来国内外在TiAl 合金精密成形领域的研究进展，包括精密铸造、铸锭冶金、粉末冶金和增材制造技术，目前，TiAl 合金精密铸造叶片和热加工叶片已成功应用到航空发动机上，粉末冶金成形和增材制造技术在复杂构件成形和板材成形上体现出独特优势，但仍需在低成本化和工艺稳定性上进一步提升。
关键词：TiAl 合金；精密成形；精密铸造；铸锭冶金；粉末冶金；增材制造 DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.01.006中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)01-0044-11Development Status and Prospect of Precision Forming Technology for TiAl Alloy XIE Hua-sheng , LIU Shi-bing , ZHAO Jun , ZHANG Zhi-yong , BAO Chun-ling(State Key Laboratory of Light Alloy Casting Technology for High-end Equipment, ShenyangResearch Institute of Foundry, Co., Ltd., Shenyang 110022, China)ABSTRACT: As an excellent lightweight and high temperature resistant structural material, TiAl alloy has wide application and development prospect in hot end components for aviation, aerospace, automobile, weapons, etc. However, due to its poor cold and hot workability, low room temperature plasticity and fracture toughness, there are still great obstacles in further engineering. To tap the application potential of TiAl alloy, research institutions and enterprises all over the world have carried out fruitful re-search from material design, microstructure and property regulation to forming process. The work summarized the research pro-gress in precision forming of TiAl alloy in recent years, including investment casting, ingot metallurgy, powder metallurgy and additive manufacturing technology. At present, TiAl alloy investment casting blades and hot working blades have been success-fully applied to aeroengines. Powder metallurgy forming and additive manufacturing technology show unique advantages in complex component forming and sheet metal forming. However, they still need to be further improved in terms of low cost and process stability.KEY WORDS: TiAl alloy; precision forming; investment casting; ingot metallurgy; powder metallurgy; additive manufacturingTiAl 合金是一种新型的耐高温结构材料，具有低密度（3.8~4.2 g/cm 3）、高比强、高比刚、优异的高温抗蠕变和抗氧化等性能，在600~1000 ℃温度下应用极具竞争力。
长期大气热暴露环境中含钨铌TiAl合金的组织和性能变化
要对 高合 金 含量 的 ＴＡ 合 金 进 行 长 期 高 温 大 气 热 ｉ１
暴露 的全 程研究 ， 观察和 分析 有关 亚 稳相 ， 聚相 的 偏 变化 过程 ， 变化 特征 和变 化程 度 ， 以及 这一 系列 变化
现 ： 长 期 的 高温 热 暴 露 过 程 中 ， 稳 定 的 板 条 发 生 了平 行 于 ／￣ 条 界 面 的 ： 在 亚 －板 一 分 解 ， 后 在 已分 解 随
成的
板 条 细 束 上 发 生 了少 量 的
一Ｂ ２＋‘ 的转 变 。另 一 方 面 ， 合 金 中 有 序 共 生 的 Ｂ ｜ ） 该 ２＋‘偏 聚 物 在 高 ｜ ）
对 力 学 性 能 的影 响 。
１ 试 验 方 法
试验 用 材 料 为 Ｔ＿４ ｌ Ｎ －． ５ ０ ８ Ｂ合 金 ｉ Ａ ＿ ｂ０ ８ Ｗ－． ５ ４ ５
在 室温 下常 有 （相 从 中析 出¨ Ｉ ）
。这 种 Ｂ ２＋（ 有 Ｉ ）
序 共生 相属 于脆 性 相 ， 易 偏 聚 在 晶 界 附 近 。它 们 且 在 高温 条件 下长期 暴露 时 的变化 和 对性 能 的影 响程 度值 得认 真研 究 。此 外 ， 于铸 造 工 艺 以及 前期 热 由 等静 压处 理 ， 高合 金含量 的 ＴＡ 合 金 容 易形 成 的过 ｉ１ 量 的 Ｏ 板 条 组 织 ， 们 在 热 暴 露 过 程 中 非 常 不 稳 ｔ ： 它 定 ， 易 分解 ， 性 能有 明显 的影 响 。因此 ， 极 对 有必
下 被 稳 定 下 来 。Ｂ ２属 于 亚 稳 定 的 有 序 相 ， 且
对力 学性 能 的影 响 。
本研 究 针对 含 ６ａ％ Ｗ ＋Ｎ ｔ ｂ的铸 态 ＴＡ 合金 ， ｉ１ 通过 不 同相 区 的热 等 静 压 处理 ， 获得 含 有 和 不 含有 Ｂ ２＋∞偏 聚 相 的两 种 状 态 。分 别 对 该 合 金 的这 两 种状 态进 行 大气 气 氛 中 ｌ０ ０ ０ 。 Ｏ ０ ｈ７ ０ Ｃ的 热暴 露 的 比较研 究 。通 过运 用扫描 电子显微 镜和 透射 电子显 微 镜 系 统 观 察 ， 研 究 不 同 阶 段 （ ｈ Ｏ０ ， 来 Ｏ ，ｌ０ ｈ ５ ０ ｈ Ｏ ０ ｈ 合金微 观 结构 的变化 及 其这 些 变化 ０ ０ ，ｌ０ ０ ）
Al、V元素对TiAl—V三元合金铸态组织的研究
Al、V元素对TiAl—V三元合金铸态组织的研究摘要：本文利用高真空多功能电弧熔炼设备制备出Ti-Al-V三元合金钮扣锭，并对其进行了金相、扫描电镜组织分析和研究。
结果发现，在该熔炼条件下Ti-Al-V三元合金的宏观凝固组织为典型的柱状晶组织，其显微组织为典型的树枝晶。
对于不同V含量的Ti-Al-V三元合金而言，V含量的加入并不能明显影响TiAl基合金的凝固路径。
随着Al含量的增加，Ti-Al-V三元合金的凝固初生相由β相向α相演变。
而且，随着V含量的增加，Ti-Al-V三元合金的硬度值会逐渐升高。
但是当Al含量较高时，其硬度值增加的幅度减小。
关键词：TiAl-5Nb合金;Al含量;铸态组织;硬度;组织演化中图法分类号：TG 146.4 文献标识码：A 文章编号：1前言TiAl基合金以其较高的比强度、比模量及较好的高温性能等已成为一种急剧潜力的高温结构材料[1-4]。
然而，TiAl基合金还存在着许多亟待解决的问题，如室温塑性、断裂韧性以及800°C以上的高温抗氧化性能等[5-7]。
对此，材料科学工作者进行了大量的研究，其性能改善主要通过采用合金化、不同的热处理工艺等手段[7-9]。
由于合金化方法工艺简单、易于实现，被广大材料工作者用于改善TiAl基合金的综合力学性能。
在众多合金化元素中，V具有较高的熔点、较好的塑性、有延展性、易焊接、传热性好、抗酸碱性腐蚀等，而且980℃时仍有足够的强度。
V元素通过合金化的方法加入多种金属或合金中可显著提高该合金的强度、塑性等，常加入的合金有钛铝基、铜基、镍铜基合金等[10]。
因此，在TiAl基合金添加V元素能明显改善合金的铸造性能。
由于材料的性能对其组织具有密切的关系，因此，本研究为改善TiAl基合金的综合力学性能奠定了一定的实验和理论基础。
2实验材料和方法实验所用TiAl基合金的名义成分（原子分数;下同）为Ti-xAl-yV（x=44～54;y=0.5、1、2）。
TiAl金属间化合物发展现状
金属间化合物的发展现状昆明理工大学材料科学与工程学院------以TiAl基金属间化合物为例摘要：本文通过对TiAl基金属间化合物的发展历史，显微组织，性能，最新的生产工艺、应用及未来发展趋势的简单介绍，阐述TiAl基金属间化合物的发展现状。
关键词：TiAl 金属间化合物发展史显微组织性能工艺应用发展趋势1、前言金属间化合物以其优异的耐高温、抗氧化、耐磨损等优良特性，受到材料界的青睐，被誉为半陶瓷材料，它是介于高温合金和陶瓷之间的最有希望的高温结果材料之一。
目前，世界各工业发达国家均投入了大量的人力与资金进行研究，我国也在国家自然科学基金，“863”等高技术研究发展计划中将金属间化合物的研究列为计划，而TiAl金属间化合物的研究又是其中的一热点，本文正是对TiAl 金属间化合物复合材料的发展现状进行了简单的介绍。
1.1 TiAl的概述TiAl基合金是一种新兴的金属化合物结构材料，γ-TiA1合金具有许多突出特点，例如：密度低，具有高的比强度和比弹性模量，在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度，同时它还具有良好的抗蠕变及抗氧化能力等等，这使其成为航天、航空及汽车用发动机耐热结构件极具竞争力的材料，因此，TiA1合金的发展一直受到世界各国研究者的关注和重视。
TiAl基合金的室温延伸率通常在0.3-4％之间变化，屈服和拉伸强度则分别在250－600Mpa和300－700Mpa之间。
早期研究的TiAl基合金多为铸态。
通常铸态组织为粗大树枝晶，很容易产生疏松和成分偏析，因而其脆性极高，室温延性几乎为零。
在钛铝合金中存在几种金属间化合物, 它们相当于端位固溶体的超晶格, 而且一直被看成为制造轻量化高温材料的有利基础。
它们除了比常规钛合金的密度小以外, 由于有序化温度高,在高温下有高的强度, 而且因Al含量高, 而具有更好的抗腐蚀性。
过去20多年来, 钛铝合金结构材料都是六方DO19结构的α2 ( Ti3Al)相或是正方L10 结构的γ(Ti Al)相基础上形成的, 还具有正交结构的三元金属间化合物Ti 2Al Nb。
粉末冶金TiAl基合金的研究进展
粉末冶金TiAl基合金的研究进展作者：梁兴华姜荃梁均全来源：《科技传播》2013年第10期摘要本文综述了粉末冶金制备钛铝基合金的几种工艺方法，如预合金粉末工艺，元素粉末制备工艺，自蔓延高温合成工艺方法等，介绍了有关力学性能的研究及进展情况，对各方法的优势及局限性进行了论述，同时指出了粉末冶金TiAl基合金制备技术目前存在的问题及今后研究重点。
关键词 TiAl基合金；粉末冶金；力学性能中图分类号TF12 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0045-020 引言作为高温结构材料，TiAl基合金正受到业内界人士的越来越高度关注，良好的抗氧化性能，低密度，耐高温性能等，让其比之镍基合金和钛基合金更具优越性[1]，因此成为航空，国防，军工等高科技领域极具吸引力的材料。
然而，室温塑性低，高温屈服应力高和加工成形性差等，使得TiAl合金广泛应用受到严重的制约。
因此，研究和开发针对TiAl合金合理高效的制备与成形技术，是科技工作者的一个重要课题。
常规制备TiAl基合金的方法主要有粉末冶金，铸造，铸锭冶金等。
其中粉末冶金方法有其显著独特优点：克服了铸造缺陷，如疏松缩孔等；加入合金元素来制备复合材料变得容易；材料成分均匀，显微组织细小，力学性能优异；复杂零件易于实现近净成形。
1 预合金粉末制备工艺采用预合金粉末成型工艺制备TiAl基合金首先要制备γ-TiAl预合金粉末，之后经过模压成型与烧结反应而制得所需制件的工艺。
此工艺的成本有些昂贵，因为，Ti熔点高且活性比较大，需要在制备过程中严格控制工艺，故难度也较大。
现阶段，发展出来很多方法制备γ-TiAl 预合金粉，其中主要被采用的有：雾化法、机械合金化法（MA）、自蔓延高温合成法（SHS）等。
此工艺所获材料其晶粒大小，相分布以及合金元素分布的均匀性与相应的锻件相比，都得到显著提高。
用预合金法，德国姆波公司制造出大型客机连接臂，和直升机叶片连杆接头，产品相比于锻件，材料和成本分别节省40%和34%[2]。
多组元微合金化高铌TiAl基合金微观组织的研究
或粒 状分布在晶内和晶界。经过 １ ２ ６ ０ ｏ Ｃ ／ ２ ０ ｈ＋９ ０ ０ ｏ Ｃ／ ３ ０ ｍｉ ｎ ／ Ａ Ｃ热 处理后 ， 得到 由 ／ ｙ细小 层
ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｅ ｄ Ｔｉ Ａ１ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｗａ ｓ ｎ ｅ ａ ｒ ｌ ａ ｍｅ ｌ ｌ ａ ｒ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｉ ｎ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ２ ／ ｌ ａ ｍｅ ｌ ｌ ａ ｒ ｃ ｏ ｌ ｏｎ ｉ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｒ ｅ ｉｎｅ ｆ ｄ．
第３ ０ 卷 第１ 期
２ ０ １ ３年 ２ 月
沈 阳 航 空 航 天 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ａｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖ Ｏ１ ． ３ ０ Ｎｏ ．１ Ｆ ｅ ｂ． ２ ０ １ ３
文章 编 号 ： ２ ０ ９ ５—１ ２ ４ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ｌ一 ０ ０ ６ ６—０ ５
多组 元 微 合 金 化 高铌 Ｔ ｉ Ａ ｌ 基 合 金 微 观 组织 的研 究
王艳晶， 宋玫锦 ， 王继杰， 杜兴 蒿
（ 沈阳航 空航天 大学 材料科 学 与工程学 院， 沈阳 １ １ ０ １ ３ ６ ）
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ａｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ １ ３ ６）
Ti-Al-V-Zr合金的团簇式设计及铸态组织和力学性能
2023 年第 43 卷航 空 材 料 学 报2023，Vol. 43第 2 期第 42 – 50 页JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS No.2 pp.42 – 50 Ti-Al-V-Zr合金的团簇式设计及铸态组织和力学性能刘毓涵1, 朱智浩1, 张 爽2, 董 闯1,2*（1．大连理工大学 三束材料改性教育部重点实验室， 辽宁 大连 116024；2．大连交通大学 材料科学与工程学院， 辽宁 大连116028）摘要：Ti-6Al-4V是目前应用最广泛的钛合金，但其铸态强塑性不足。
本研究设计思想基于Ti-6Al-4V合金双团簇成分式α-{[Al-Ti12]（AlTi2）}12+β-{[Al-Ti14]（V2Ti）}5：首先通过改变β相团簇式个数为2，使合金成分偏向α-Ti，其次增加β相团簇式中V原子个数至3，提高了β-Ti结构单元稳定性，然后用不同个数Zr（x = 1、2、3、5）替代β相团簇式中Ti，最后得到了团簇式α-{[Al-Ti12]（AlTi2）}15-β-{[AlTi14-x Zr x]V3）}2，设计了Ti-（6.64～6.82）Al-（2.42～2.35）V-（1.44～7.02）Zr （质量分数/%）合金，采用非自耗真空电弧炉熔炼制备合金铸锭，并用真空铜模吸铸成合金棒材，进而对不同合金样品进行显微组织表征和拉伸测试。
结果表明：合金均由α'相马氏体组成，其形貌由针状魏氏逐渐转为网篮组织，其中Ti-6.64Al-2.35V-7.02Zr （Zr含量最高）合金为网篮组织，具有最佳的力学性能，屈服强度σYS为806 MPa，抗拉强度σUTS为963 MPa，伸长率δ为5.9%，相比于相同状态下Ti-6Al-4V合金，分别提高了23%、19%、51%；比强度和比硬度分别为217 kN•m/kg和0.71 GPa•cm3/g，相比于Ti-6Al-4V合金分别提高了18%和10%。
TiAl合金板材的制备及研究现状
此往 复 ， 最 终获得 Ｔｉ Ａｌ 合金板 材 。轧制 和高温 热处 理
的 目的是 为了进 一 步促 进 Ｔｉ 箔 和 Ａｌ 箔之 间的 反 应 ， 从而 形成 Ｔ ｉ Ａ１ 板 材 。该工艺 不仅 可制 备氧含量 低 、 力
工 艺 。 。
将包套 焊合 后进 行热 等 静 压处 理 ， 剥 套 处 理 后最 终 获 得Ｔ ｉ Ａｌ 合 金 板 材 。采 用 流 延 成 形 的 方 法 可 以制 备
Ｔ ｉ Ａｌ 箔材 ， 其 晶粒 尺 寸 比较 细小 均 匀 ， 从 而 有 望 改 善
其 室温 延展性 等 力学性 能 。
（ Ｔｉ 一 ４ ７ Ａｌ 一 ４ （ Ｃｒ ，Ｍ ｎ，Ｎｂ，Ｓ ｉ ，Ｂ ）， ７ － Ｍｅ ｔ （ Ｔｉ 一 ４ ６ ． ５ Ａ１ — ４
（ Ｃ ｒ ， Ｎｂ ， Ｔａ ，Ｂ ） ）（ 原 子 分 数／ ） ， 一 ＴＮＢ ＿ ｌ ３ ］ 以 及 Ｔｉ 一 ４ ５ Ａ１ — ５ Ｎｂ （ ０ ， ０ ． ５ ） Ｃ（ 原子分数／ ） 合 金 板 材 ， 这 些合 金板材 具有 均 匀 细小 的组 织结 构 ， 表 现 出较 高 的高温 强度 、 较 小 的 各 向 异 性 以 及 较 好 的超 塑 性 能 。
量 。美 国 Ａｌ ａ ｂ ａ ｍａ 大 学ｌ ＿ ２ 和韩 国先 进航 空 材 料 研 究 中心＿ ２ 分 别 以 Ｔ ｉ箔 （ ７ ０ ～ １ ０ ０ ｍ） 和 Ａｌ 箔 （ ７ ０ ～
尤 其是 Ｔｉ 一 ４ ５ Ａ１ — ５ Ｎｂ 一 （ Ｏ ， ０ ． ５ ） Ｃ（ 原子 分 数／ ） 合金 ，
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２ 实验 结 果 与讨 论
图 １为非 自耗 电 弧 熔 炼 得 到 的 Ｔｉ 一 ０ Ａｌ Ｎｂ合 １
金 的宏 观组 织 。从 图 １可 以看 出 ， 含 量 在 （ ４ Ａｌ ４ ～
（ ） － ０ —Ｏ ｇ Ｔｉ Ａ１ Ｎｂ （ ） 一 １ －０ ５ １ ｈ Ｔｉ Ａ１ Ｎｂ （） 一 ２ － ０ ５ １ ｉＴｉ Ａ１１ Ｎｂ ５
图 １ 利 用 非 自耗 电弧 熔 炼 炉 得 到 的 ＴＡＩ ０ ｂ 金 的 宏观 组 织 ｉ－ Ｎ 合 １
（ ） － ４ —０ ａ Ｔｉ４ Ａ１ Ｎｂ （ ） 一 ５ 一 ０ １ ｂ Ｔｉ Ａｌ１ Ｎｂ （ ） 一 ６ － ０ ４ ｃ Ｔｉ Ａ１１ Ｎｂ ４ （ ） － ７ —０ ｄ Ｔｉ Ａ１ Ｎｂ （ ） － ８ 一 Ｏ ４ １ ｅ Ｔｉ Ａｌ Ｎｂ （ ） － ９ 一 Ｏ ４ １ ｆ Ｔｉ Ａｌ１ Ｎｂ ４
作 为 一 种 应 用 于 发 动 机 叶 片 的 高 温 结 构 材 料 ， ｉ 基 合 金具 有 高 的 比强度 、 Ｔ Ａｌ 比模 量 和 较 好 的 高 温 性 能 等优 点 ［ 。然 而 ， Ａｌ 合 金 还 存 在 着 Ｔｉ 基
显 著 地提 高 Ｔｉ 基 合 金 的 高 温 强 度 、 蠕 变 性 能 Ａ１ 抗
（） 一 ３ － ０ Ｔｉ Ａ１１ Ｎｂ （ Ｔｉ ４ － ０ ５ ｋ） － Ａ１１ Ｎｂ ５
ｔ ｎｉ ５ ｔ ９Ａ１ｏ Ａ１ ０ ｌ ｙ ， ｈ ｔｓｔ ａ ， ｈ ｏｉｉ ｃｔ ｎｏ ｉ —０ ｌ ｙ ｕｌ ｓ ｌ — ｉ ０ａ． ／ ｒ ｏ ｓ ５ ｆ Ｔｉ — Ｎｂａｌ ｓ ｔａ ｏｓｙ ｔ ｅｓｌ ｆ ａｉ ｆ Ａ１ Ｎｂａｌ ｓｉ ｆｌ ｏｉ １ ｏ ｉ ｄｉ ｏ Ｔ １ ｏ ｓ ｄ
固方式进行 的。 关 键 词 ： Ａ—０ Ｔｉ １ Ｎｂ合 金 ； 生 相 ； Ｂ 固 ； 织 演 化 １ 初 全 凝 组 中 图分 类 号 ： Ｇ１６ ４ Ｔ ４ ． 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ １４ ７ （ ０ １０ —０ ９０ １ ７ —６ ９ ２ １ ）４０ ４ —３
ｔ ｐ ｏ Ａｌ１ Ｎｂ ａ ｌ ｙ ．ｂ ｃ ｕ ｅ Ｎｂ ａ ｄ ｔ ｎ ｎ ｕ ｅ ｔ ａ ｈ ｅｔｖ ｓ ｏ ｉｙ ｉ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆＴｉ 一 ０ ｌ ｓ ｅ ａ ｓ ｄ ｉｉ ｓ ｉ ｄ ｃ ｈ ｔ ｔ ｅ ｍ ｌ ｉｃ ｓｔ ｒ ａ ｅ ．Ｔｈ ｒ ｂ ，ａ ｌ ｔｏ ｏ ｏ ｎ ｅ ｅ ｙ ｏ ｆ
的研 究 和 应 用 于 发 动 机 叶 片 奠 定 一 定 的 实 验 、 理
论基础 。
作者 简介 ： 慧敏 （９ ９ ） 杨 １ ７ 一 ，女 ，讲师 ，博士研究 生 ， 究方 向： 研 高 温 结 构 材 料
黑
龙
江
工
程
学
院
学
报（ 自然 科 学 版 ）
第 ２ 卷 ５
１ 实验 材 料 和 方 法
实验 所用 Ｔｉ 基 合金 的名 义 成 分 （ 子分 数 ， Ａｌ 原
下 同） Ｔｉ ４ ～ ５ ） 一Ｎｂ 为 一 ４ ４ Ａｌ （ ５ 。熔 配 合 金 所 用 原 材
料 为零级 海 绵 钛 、 度 为 ９ ． ９ 的铝 条 和纯 度 为 纯 ９ ９ ９ 的铌 丝 。采 用非 自耗 电弧 熔 炼 炉进 行 熔 炼 ， ９ 合 金锭 约 为 ２ 。熔化 前熔 化 室抽真 空 至 １ Ｐ ， ５ｇ ０ ａ反
ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｏ ｔｎ ｅ ｉｎ ｏ ｕ ｌ ｅ ａｓ ｌ ｉ ｃ ｔｏ ｓｄ ｔ ｒ ｉｅ ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅｓ ｌ ｉ ｃ — ｎ ｈ ｎ ｔ ｅｃ ｎ ｅ ｔｒ ｇｏ ｆｆ ｌ ｂ ｔ ｏｉ ｆ ａ ｉｎ ｗａ ｅｅｍ ｎ ｄ ｄ ｉ ｅｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｏｉ ｆ ａ ｄ ｉ ｔｏ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｏ 一 ４ — ３ Ａ ｌｌ Ｎｂ ａｌ ｙ ｒ ｈ ｙ ｅ ｃ ｌ ｍ ｎ ｒｓｒ ｃｕ ｅ Ｔｈ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｆＴｉ ｉｎ ｓｒ ｃｕ ｅ ｆＴｉ（ ４ ５ ） — ０ ｌ ｓａ ｅ ｔ ｅｔ ｐ ｏ ｕ ａ ｔｕ ｔ ｒ ． ｏ ｅ ｍａ ｒ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｏ 一 ５ Ａｌ１ Ｎｂ ａｌ ｙ ｉ ｅ ｕａ ｅ ｔｕ ｔ ｒ． Ｉ Ｓｆ ｕ ｄ ｔ ａ ｏ ｆｔ ｅｓ ｒｎ ａ ｅｃ ｖｔ ｎ ｔ ｅｍａ ｒ ｓｒ ｃｕ ａ ４ 一 ０ ｌ Ｓ ｑ ｉｘ ｄ ｓｒ ｃｕ ｅ ｔｉ ｏ ｎ ｈ ｔａｌｔｏ ｈ ｈ ｉ ｋ ｇ ａ ｉ ｉ ｈ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｌ ｏ ｙ
（ ． ｐ ｒｍｅ ｔ ｆ ｔ ｉ ｎ ｈ ｍｉ ｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｈｅｌ ｇｉ ｇＩ ｓｉ ｔ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ， ｒ ｉ １ ０ ５ ， ｈｎ ； ．Ｓ ｈ ｏ １ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｅ ａ ａ ｄＣ ｅ ｃ ｇｎ ｅｉ ， ｉ ｎ ｊ ｎ ｔ ｕ ｅ ｆ ｈ ｏｏ ｙ Ｈａｂｎ ５ ０ ０ Ｃ ｉａ ２ ｃ ｏ ｌ ｏ Ｍａ ｒ ｌ ａＥ ｎ ｏ ａ ｎ ｔ Ｔｅ
究 的重 点 集 中 在 含 Ｎｂ的 Ｔｉ 基 合 金 方 面 ， 主 Ａｌ 这
要 是 在 Ｔｉ 基 合 金 中加 入 一 定 量 的 Ｎｂ元 素 能 够 Ａｌ
收 稿 日期 ：０ １Ｏ 一３ ２ １ ８Ｏ
合 金 铸态 组 织 的 同 时 确 定 ＴＡＩ ０ ｉ － Ｎｂ合 金 全 Ｉ １ ３ 凝 固的 成 分 范 围 ， ＴＡ卜 ０ 为 ｉ １ Ｎｂ合 金 定 向 凝 固 组 织
Ｔｉ — Ａ１ ０ １ Ｎｂ合 金 铸 态 组 织 演 化 规 律 的 研 究
杨慧敏 苏彦庆。骆 良顺 ， ，
（． １ 黑龙 江工程 学院 材料与化 学工程 系，黑龙江 哈 尔滨 １ ０ ５ ； ． 尔滨工业大 学 材料科 学与工程学院 ， ５００ ２哈 黑龙 江 哈 尔滨
１０ １ ） ５ ０ ０
和 抗 氧化 性 能 等［引。此 外 ， 元 素 是 ｌ 稳 定 相 相 区 ， 得 全 Ｂ 该 获 凝
固的 高 铝 含 量 的 ＴＡ卜 ｉ Ｎｂ合 金 ， 显 地 改 善 Ｔｉ 明 Ａｌ 基 合 金室 温 塑 性 ＿ 。那 么 ， 什 么 成 分 范 围 内可 ｇ ］ 在 以获得 全 Ｇ 固 的 Ｔｉ － 凝 Ａ１ Ｎｂ三 元 合 金 就 成 为 尤 为
ｏ ａ ｅ ｉ ｌ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ，Ｈａ ｂ ｎ Ｉ ｓ ｉｕ ｅ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｈａ ｂ ｎ １ ０ ０ ，Ｃｈ ｎ ） ｆＭ ｔ ｒ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｒ ｉ ｎ ｔｔ ｔ ｆ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｒ ｉ ５ ０ １ ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔＩ ｈ ａ ｅ ，ｔ ｅａ —ａ ｔｍ ｉｒ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅｅ ｏ ｕ ｉｎ ｏ 一 ４ — ４ Ａ１１ Ｎｂ ａｌｙ ｓｉ ｖ ｓｉａ ｅ ｓｒ ｃ ：ｎ ｔ ｅｐ ｐ ｒ ｈ ｓｃ ｓ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｖ ｌｔｏ ｆＴｉ（ ４ ５ ） — ０ ｌ ｓｗａ ｎ ｅ ｔｇ ｔｄ， ｏ
Ｔｈｅ ｓ ｕ ｙ ｏ ｈｅ ａ 。 ａ ｔｍ ｉ ｒ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｅ ｏ ｕ ｉ ｎ ｏ ＡＩ １ Ｎｂ ａ ｌ ｙ ｔ ｄ ｎ ｔ ｓ ｃ ｓ ｃ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｖ ｌ ｔｏ ｆ Ｔｉ ＿ 。 ・０ ｌｏ ｓ
ＹＡ ＮＧ ｕ— ｉ Ｕ ａ － ｉｇ ，Ｌ Ｏ ａ ｇ ｓ ｕ Ｈ ｉ ｎ ，Ｓ Ｙ ｎ ｑｎ ｍ Ｕ Ｌｉｎ － ｈ ｎ
ＨＦ ： ＨＮＯ Ｈ 为 １： 。： Ｏ １：８的腐 蚀 液 进 行 腐 蚀
处 理后 ， Ｏｌｍｐ ｓＧＸ １金相 显 微 镜进 行 宏 观 组 用 ｙ ｕ— ７ 织 的观 察 。缩孔 形貌 通过 Ｐ Ｉ ＳＳ Ｒ ＯＮ 扫描 电 ＨＬ Ｐ Ｉ Ｉ 镜进 行 二次 电子 成像 （ Ｅ 。 Ｓ Ｍ）
ｔ ｅａｒｂ ｂ ｌｓｃ ｎ ｎ ｔｃ ｍｐ ｅｅｙ ｅ ｃ ｐ ｒ ｍ ｈ ｅｔｄ ｒｎ ｈ ｏ ｌ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｈ ｉ ｕ ｂ ｅ ａ ｏ ｏ ｌｔｌ ｓ ａ ｅｆｏ ｔ ｅｍ ｌ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ｏ ｉ ｒ ｃ ｓ ．Ｃｏ ｐ ｒ ｄ ｗｉｈ Ｔｉ ｎ ｍ ａｅ ｔ Ａｌ
摘
要 ： 究 Ｔｉ ４ ￣ ５ ） －Ｏ 研 一 ４ ４ ＡＩ Ｎｂ合 金 铸 态 组 织 的演 化 规 律 ， 确 定 全 Ｂ 固 的 Ｔｉ 一０ （ Ｉ 并 凝 Ｍ １Ｎｂ合 金 的 成 分 范 围 。实 验
结果表明 ： －４ ￣５ ） －０ Ｔｉ ４ ３ ＡＩ Ｎｂ合金 的凝 固组织为典 型的柱状 晶组织 ， －４ —０ 合 金 的宏 观组织 为等轴 组织 ； （ １ Ｔｉ Ａ１ Ｎｂ ５ １ 在其凝 固组织 （ 纵截 面） 上部存在较多 的缩松 ， 这主要是 由于 Ｎｂ元素的添加量加多 ， 从而使 ＴＡ１ ｉ 基合金熔 体 的粘度 增加， 在冷 却过程中熔体中产生的气泡不能排除所造成 ； Ｔ Ｍ 二元合金相 比较 ， 与 ｉ Ｎｂ元素的加入扩大 了 ８相的凝 固 范 围， Ａ１ ０ ｂ合金 的全 Ｂ Ｔｉ — Ｎ １ 凝固的成分临界点为 ５ ｔ Ａ ， Ａ１ ０ａ． １即 含量小于 ５ ｔ 时 Ｔｉ －Ｎｂ ０ａ． Ａ１ ５ 合金是 以全 ｐ 凝
ｉ ｃ ｔｏ ｅ ｏ ｔ ｎ ｓ ｌｓ ｈ ｎ ５ ｔ ． ｆ ａ ｉ ｎ ｗｈ ｎ Ａ１ｃ ｎ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ０ ａ ． ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｔｉ 一 ０ ｌ ｙ ｒｍａ ｙｐ ａ ｅ ｕ ｌ ｏｉｉｉａｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： Ａｌ１ Ｎｂ ａｌ ；ｐ ｉ ｒ ｈ ｓ ；ｆ ｌ Ｂｓ ｌ ｆｃ ｔ ；ｍｉｒ ｓｒ ｃｕ ｅｅ ｏｕ ｉｎ ｏ ｄ ｏ ｃｏ ｔｕ ｔ ｒ ｖ ｌ ｔ ｏ
第 ２ ５卷第 ４期
２１ 年 １ ０１ ２月
黑
龙
江
工
程
学
院
学
报（ 自然 科学 版 ）
Ｖｏ． ５ № ． １２ ４
Ｄｅ ．， ０ １ ｃ ２ １
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉ ｎ ｊ ｎ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒａ ｌ ｇｉ ｇＩ ｓｉ ｔ ｆ ｏ Ｈｅ ｏ ａ ｔ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ