ial-2cr-2nb-02w球型預(yù)合金粉末的研究

ial-2cr-2nb-02w球型預(yù)合金粉末的研究

1金屬間化合物的粉碎制備tial系金屬化合物具有輕重低廉、耐腐蝕性好、900下抗逆性好等特點。因此，它被認為是開發(fā)超聲飛機中最合適的材料之一。但是,TiAl系金屬間化合物在鑄造和鍛造大尺寸坯料等方面還存在一些問題,如縮孔、疏松、成分不均勻等。此外,TiAl系金屬間化合物較低的室溫塑性使得一些傳統(tǒng)的加工方法,如軋制、鍛壓和車加工,變得十分困難。因此,很多研究都集中于如何提高TiAl系金屬間化合物的室溫塑性上。由于粉末冶金工藝可以通過熱等靜壓處理TiAl系金屬間化合物預(yù)合金粉末得到組織細小、均勻,并且完全致密的部件,因此成為最有可能解決上述問題的途徑之一。此外,采用熱等靜壓工藝,還可以制備用于后續(xù)再加工的毛坯,從而解決了鑄造及鍛造遇到的問題。國外的一些研究機構(gòu),如PlanseeAG公司,已經(jīng)通過軋制熱等靜壓后的粉末冶金毛坯制備了厚度為0.17mm的箔材。我國對運用元素粉末制備TiAl系金屬間化合物的粉末冶金工藝有所研究,但對TiAl系金屬間化合物預(yù)合金球型粉制備工藝則涉及較少。本文介紹了TiAl系金屬間化合物預(yù)合金球型粉的研制工作以及后續(xù)粉末冶金工藝方面的一些研究。2測試2.1化學成分分析試驗采用的TiAl系金屬間化合物的名義成分為:Ti-46Al-2Cr-2Nb-0.2B-0.1W(原子分數(shù)),在本文中簡寫為46-2-2+B+W。在研究中,聯(lián)合中國科學院金屬研究所開展了材料熔煉和氣體霧化制粉方面的研究。TiAl系金屬間化合物預(yù)合金粉末常用的制備工藝有等離子感應(yīng)熔煉氣體霧化法(PIGA)和電極自耗熔煉氣體霧化法(EIGA)。目前,已經(jīng)通過PIGA法成功制備出了用于試驗的46-2-2+B+W球型預(yù)合金粉末,粉末的化學成分見表1。經(jīng)分析,粉末中雜質(zhì)元素C、H、O的含量相對于母材略有增加。因此,控制基材雜質(zhì)元素的含量對預(yù)合金粉末的質(zhì)量十分重要。2.24熱等靜壓致密化TiAl系金屬間化合物致密化成型常用的工藝有熱等靜壓工藝和擠壓工藝,而熱等靜壓工藝的應(yīng)用則更為廣泛。因為在熱等靜壓過程中,材料在高溫下受到各個方向相同的壓力,從而使粉末達到完全致密化。此外,運用熱等靜壓工藝也可近凈成型形狀比較復雜的部件。在致密化之前,首先在振動的條件下將預(yù)合金粉末裝入碳鋼包套中,在400～600℃下抽真空,并保持一段時間后密閉包套。TiAl系金屬間化合物的熱等靜壓溫度范圍在1000～1300℃之間,不同的熱等靜壓溫度可以得到不同類型的組織,并且對熱等靜壓后材料的晶粒大小影響很大。本文在研究46-2-2+B+W的致密化過程中,采用的熱等靜壓工藝為:1200℃/3h,壓力為140MPa。然后,對熱等靜壓后的46-2-2+B+W材料熱處理,改善其組織類型。在經(jīng)過1250℃/2h,FC+900℃/2h,FC處理后,得到了具有雙態(tài)組織的46-2-2+B+W合金材料。3結(jié)果與討論3.14粉末尺寸及分布TiAl系金屬間化合物粉末的形狀決定了粉末的松裝密度和振實密度,從而對坯料在致密化過程中尺寸變化有很大的影響。因此,很多人研究著重研究了如何控制預(yù)合金粉末形狀。圖1是運用PIGA法制備的典型粉末的SEM照片。PIGA法制備的46-2-2+B+W預(yù)合金粉末的形狀大部分為球型,其中有些粉末帶有行星顆粒。測試結(jié)果表明這些粉末的振實密度達到了材料理想密度的64%。圖2是46-2-2+B+W預(yù)合金粉末的截面照片。粉末的內(nèi)部呈現(xiàn)出了網(wǎng)格狀的微觀組織,表明了粉末在成形過程中冷卻速度很快。網(wǎng)格的尺寸大約為17μm,并且網(wǎng)格尺寸不會隨粉末的尺寸而發(fā)生明顯的變化。PIGA法制備的46-2-2+B+W粉末分布很寬。運用篩分法對粉末的分布進行了研究,如圖3所示。通過-60目篩分后,粉末的尺寸主要分布在50～190μm范圍內(nèi),并且其分布符合高斯分布。最后通過XRD法研究了46-2-2+B+W預(yù)合金粉末的相組成,如圖4所示,發(fā)現(xiàn)其相組成主要為α2相。3.2組織類材料py對大絲束金屬間化合物晶體結(jié)構(gòu)的影響在TiAl系金屬間化合物預(yù)合金粉末致密化的過程中,包套的尺寸會發(fā)生明顯變化,圖5示出了熱等靜壓前后的包套照片。包套在熱等靜壓后,其軸向和徑向的尺寸均會縮小,包套頂部用于抽真空的管道會由于沒有填裝粉末而被壓扁。在經(jīng)過1200℃、140MPa、3h的熱等靜壓后,46-2-2+B+W材料的組織為等軸晶組織,細小,均勻[圖6(a)],但其伸長率很低。一般來講,具有雙態(tài)組織或者全片層狀組織的TiAl系金屬間化合物在室溫下才具有良好的伸長率,因此需要進行熱處理改善組織。在經(jīng)過1250℃/2h+900℃/2h的熱處理后,46-2-2+B+W合金的微觀組織變?yōu)殡p態(tài)組織[圖6(b)]。通過觀察46-2-2B+W熱處理狀態(tài)的微觀組織發(fā)現(xiàn):片層狀組織占整個微觀組織的一半,其晶粒大小約為50μm;等軸晶組織的晶粒尺寸小于30μm。熱等靜壓前后46-2-2+B+W合金的伸長率如表2所示。TiAl系金屬間化合物的力學性能在很大程度上取決于材料的組織類型。在熱處理之后,粉末冶金46-2-2+B+W材料形成了雙態(tài)組織,其晶粒比較細小。細小的晶粒可縮短滑移帶長度,減少滑移面位錯運動長度和位錯堆積,降低了滑移面交截處和晶界的應(yīng)力集中,不利于裂紋形核。此外,片層組織的界面對裂紋擴展有阻力,其斷裂抗力高于等軸組織。因此,細小的片層組織的出現(xiàn)提高了材料的塑性。但是,熱處理后的46-2-2+B+W的晶粒相對于熱等靜壓狀態(tài)要粗大,雙態(tài)組織的出現(xiàn)也增加了組織的不均勻性,從而使得材料的強度有所降低。4熱等靜壓后的c粉包(1)利用PIGA法成功地制備了46-2-2+B+W