低温高能球磨Ti/Al复合粉显微组织结构演化

采用低温高能球磨法制备了两种Ti/Al复合粉末,粉末组成为Ti-47Al(at%),Ti-45Al-2Cr_2Nb-1B-0.5Ta(at%).研究两种粉末在球磨过程中显微组织结构演化、形貌变化.结果表明,降低球磨温度能够有效控制球磨颗粒尺寸,低温条件及合金元素共同作用可以获得高质量的细晶均匀化复合结构粉末.在低温(-140-5)℃不加过程控制剂条件下球磨12 h,Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta(at%)粉末粒度得到有效细化,表现出精细均匀化复合结构粉末,Ti与Al晶粒尺寸分别约为16 nm,9 nm.在相同条件成分为Ti-47Al(at%)球磨5.2 h,Ti与Al元素没有很好复合及成分均匀化,两种成分球磨条件下均未有新相生成.在不加过程控制剂条件下,低温环境球磨和合金元素添加对机械合金化过程具有十分重要影响.     

双步球磨与放电等离子烧结制备细晶TiAl合金

采用双步球磨法和放电等离子烧结(SPS)技术制备细晶Ti-47Al(at%)合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪以及透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段对球磨后的粉末形貌结构、相组成以及烧结块体的显微组织结构进行观察和分析。结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸在20~40μm之间,内部结构均匀,主要由TiAl和Ti3Al相组成。放电等离子烧结后的块体主要由主相TiAl和少量的Ti3Al相及Ti2Al相组成,随着烧结温度的升高,Ti3Al相含量有所增加。当烧结温度为1000℃时,烧结块体获得的主要是等轴晶组织,等轴晶粒尺寸大多数在100~250nm之间。当烧结温度为1100℃时,烧结块体致密、无孔洞,等轴晶粒有明显长大的现象,显微组织主要由等轴状的TiAl相和片层状的Ti3Al相组成。     

双步球磨法制备纳米晶结构TiAl基合金粉末的研究

以元素粉末为起始粉末,采用双步球磨法(球磨+热处理+球磨)制备TiAl基纳米晶多相结构粉末(粉末成分为Ti-47Al(at%)、Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta(at%)).采用xRD、SEM、EDs、DTA、粒度分布仪对两种粉末颗粒在球磨和热处理过程中的特性进行了表征和分析.结果表明,采用双步球磨法制备的多相结构纳米晶粉末杂质含量低,粒度分布均匀,合金元素弥散分布.一步球磨6 h获得Ti/Al均匀复合结构及实现Ti(Al)部分固溶;700℃,2 h热处理获得Ti3Al、Ti、Al3Ti、TiAl相,Al相已经消失;二步球磨实现晶粒尺寸、颗粒尺寸进一步细化.     

Microstructures and mechanical properties of TiAl alloy prepared by spark plasma sintering

A fine-grained TiAl alloy with a composition of Ti-47%Al(mole fraction) was prepared by double mechanical milling(DMM) and spark plasma sintering(SPS). The relationship among sintering temperature, microstructure and mechanical properties of Ti-47%Al alloy was studied by X-ray diffractometry(XRD), scanning electron microscopy(SEM) and mechanical testing. The results show that the morphology of double mechanical milling powder is regular with size of 20?40 μm. The main phase TiAl and few phases Ti₃Al and Ti₂Al were observed in the SPS bulk samples. For samples sintered at 1000 °C, the equiaxed crystal grain was achieved with size of 100?250 nm. The samples exhibited compressive and bending properties at room temperature with compressive strength of 2013 MPa, compression ratio of 4.6% and bending strength of 896 MPa. For samples sintered at 1100 °C, the size of equiaxed crystal grain was obviously increased. The SPS bulk samples exhibited uniform microstructures, with equiaxed TiAl phase and lamellar Ti₃Al phase were observed. The samples exhibited compressive and bending properties at room temperature with compressive strength of 1990 MPa, compression ratio of 6.0% and bending strength of 705 MPa. The micro-hardness of the SPS bulk samples sintered at 1000 °C is obviously higher than that of the samples sintered at 1100 °C. The compression fracture mode of the SPS TiAl alloy samples is intergranular fracture and the bending fracture mode of the SPS TiAl alloy samples is intergranular rupture and cleavage fracture.     

Effect of Y Addition on Microstructure and Mechanical Properties of TiAl-based Alloys Prepared by SPS

采用双步机械球磨和放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备 Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta(at%)和 Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta-0.225Y(at%)2 种 TiAl 基合金(简称 TA 合金和 TAY 合金),并研究稀土元素 Y 对 TiAl 基合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过双步机械球磨后的粉末形状比较规则,颗粒尺寸范围在 20~40 μm之间。经过 SPS 烧结的 TiAl 基合金块体主要由 TiAl相和 Ti3Al 相组成,还有少量的 Ti2Al 相和 TiB2相。SPS 烧结的 TA 合金块体试样等轴晶粒的尺寸在 100~400 nm 之间,合金的室温压缩强度为 2614 MPa,压缩率为 20.57%;而对于加入了稀土元素 Y 的 TAY 合金而言,等轴晶粒尺寸明显减小,合金的室温压缩强度为 2677 MPa,压缩率为 22.91%,跟 TA 合金相比力学性能有所改善。显微硬度的测试结果表明,SPS 烧结的 TA 合金的显微硬度要明显高于 TAY 合金。通过对压缩断口进行观察发现,SPS 烧结的 2 种 TiAl 基合金均为沿晶断裂。     

双步球磨和放电等离子烧结TiAl基合金的显微组织和力学性能(英文)

采用双步球磨法和放电等离子烧结技术制备细晶Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta-0.225Y(摩尔分数,%)合金,并研究烧结温度、显微组织和力学性能之间的关系。结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸为20～40μm,主要由TiAl和Ti3Al相组成。放电等离子烧结后的块体由主相TiAl、少量的Ti3Al相及Ti2Al和TiB2相组成。当烧结温度为900°C时,烧结块体获得的主要组织是等轴晶组织,等轴晶粒尺寸大多数在100~200nm的范围内,合金的压缩断裂强度为2769MPa,压缩率为11.69%,抗弯强度为781MPa;当烧结温度为1000°C时,等轴晶粒明显长大,TiB2相明显增多,合金的压缩断裂强度为2669MPa,压缩率为17.76%,抗弯强度为652MPa。随着烧结温度的升高,合金的维氏硬度由658降低到616。压缩断口形貌分析表明,合金的断裂方式为沿晶断裂。     

不同SPS烧结温度Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金的显微组织及力学性能(英文)

采用高能球磨和放电等离子烧结(SPS)技术,制备成分为Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)的TiAl合金块体,随后对TiAl合金进行热处理。研究在不同SPS烧结温度下制备的TiAl合金经过热处理后的显微组织和力学性能。结果表明:高能球磨后的合金粉末形状不规则,粉末颗粒尺寸大约为几十微米。XRD分析表明,机械球磨后的粉末由TiAl和Ti3Al两相组成;烧结后的Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金块体主要是TiAl相,以及少量的Ti3Al和TiB2相。当烧结温度为900°C和1000°C时,合金的显微组织为双相结构,并伴随有一些细小的等轴γ晶粒和细小的针状TiB2相。当烧结温度从900°C上升到1000°C时,Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金的显微硬度变化不大,抗压强度从1812MPa提高到2275MPa,压缩率从22.66%增加到25.59%,合金的断裂方式为穿晶断裂。     

机械合金化与放电等离子烧结制备Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金

采用双步球磨法和放电等离子烧结技术制备细晶Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)(摩尔分数,%)合金,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等对球磨后的粉末形貌、相组成以及烧结块体的显微组织结构进行观察和分析,研究烧结温度对Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金显微组织和力学性能的影响.结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸为10～40 μm,内部结构较均匀,主要由TiAl和Ti3Al相组成;放电等离子烧结后的块体主要由主相TiAl、少量的Ti3Al相及Ti2Al和TiB2相组成;当烧结温度为1 000 ℃时,烧结块体主要为等轴晶组织,等轴晶粒平均尺小于500 nm;当烧结温度为1 100 ℃时,烧结块体致密、无孔洞,部分等轴晶粒明显长大;随着烧结温度的升高,Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金的显微硬度随之增大,抗压强度和抗弯强度却随之降低;压缩断口形貌分析表明:Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金在1 000 ℃时,属于沿晶断裂,在1 100 ℃时,断口以沿晶断裂为主,存在部分解理断裂.弯曲断口形貌分析表明:Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金以沿晶断裂为主,存在部分解理断裂.     

热等静压法制备细晶γ-TiAl及可成形性研究

采用低温高能球磨法和热等静压技术制备出细晶Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B合金,采用XRD、TEM对热等静压烧结后组织形貌进行分析,采用INSTRON 4200型拉伸试验机对热等静压后的材料进行拉伸性能测试.研究表明,在不同条件下烧结,其相组成为γ-TiAl和少量Ti3Al,晶粒尺寸为细晶结构(低于500 nm).对块体材料进行室温和高温拉伸试验,研究表明室温具有很低的塑性,认为粉末间没有很好的结合:850℃高温拉伸试验,强度为60～80 MPa、延伸率为63%～101%,具有很好的塑性,表现出很好的高温可成形性.这表明,可以在800～900℃条件对钛铝烧结块进行二次加工(锻造或轧制)获得致密高强度的细晶钛铝块体或板材;对热等静压制备的TiAl的可成形性进行了讨论.