Manufacturing a TiAl alloy by high-energy ball milling and subsequent reactive sintering

A TiAl alloy was fabricated by high-energy ball milling and subsequent reactive sintering from the mixed powders of Ti and Al. High-energy ball milling produced a kind of particular composite powders with an extremely fine altemative Ti and Al lamella structure. The composite powders not only possessed good consolidation and densification characteristics, but also resulted in the augment of nucleation rate of α and γ titanium aluminides during solid-phase reactive sintering After a series of processing, pressing, degassing, extrusion, and sintering, the resultant TiAl alloy presented high relative density and refined grain sizes of （α2 ＋ γ） lamella and γ phases. The compressive yield strength of the sintered TiAl reached 600 MPa at 800℃.     

放电等离子烧结的钛铝合金组织及氧化性能研究

研究了TiH2-45Al-0.2Si-5Nb未球磨和球磨两种粉末的放电等离子烧结组织特征以及经1000℃、100h高温氧化后的氧化性能.结果表明,未经球磨粉末的烧结组织由层片状TiAl和Ti3Al相组成,而经球磨粉末的烧结组织由细小的颗粒状TiAJ和Ti3Al相组成.球磨粉末的烧结组织氧化速度低于未球磨粉末的烧结组织,形成了连续的Al2O3和TiO2混合氧化物层,具有良好的高温抗氧化性.     

Al-2.5%Pb合金在高能球磨和烧结过程中的组织结构变化

用机械合金化方法制备了Al-2.5wt%Pb合金,采用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析了Al-2.5wt%Pb合金在高能球磨和烧结过程中的组织结构变化。结果表明,该合金粉末经30 h球磨后,可以获得纳米级Pb颗粒均匀弥散分布在Al基体上的组织。在随后的烧结过程中,纳米相Pb的长大可以用Ostwald熟化的经典-LSW理论来描述。     

Al-20% Sn-4.5% Cu合金在高能球磨和烧结中的组织

利用机械合金化方法制备Al-20%Sn-4.5%Cu合金粉末,将之压制成型后进行烧结.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC)分析了Al-20%Sn-4.5%Cu合金在高能球磨和烧结过程中的组织变化.结果表明,该合金粉末经40 h球磨后,可以获得纳米级Sn颗粒均匀弥散分布在Al基体上的组织,并且形成了Al(Cu)过饱和固溶体;在随后的烧结过程中,Sn相尺寸仍保持在200 mm左右,Al(Cu)过饱和固溶体则以CuAl2相的形式脱溶析出.     

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.     

Preparation of TiAl alloy powder by high-energy ball milling and diffusion reaction at low temperature

In this paper, TiAl alloy powders were prepared successfully by high-energy ball milling and diffusion reaction in vacuum at low temperature. The titanium powder, aluminum powder, and titanium hydride powder were used as raw materials. The samples were characterized by scanning electron microscopy(SEM), X-ray diffraction(XRD), field-emission scanning electron microscopy(FESEM), and differential thermal analysis(DTA). The results show that the alloy powders with the main intermetallic compounds of TiAl are obtained using Ti-Al powders and TiH_2-Al powders after heated for 2 h at 500 ℃,3 h at 600 ℃,and 3 h at 750 ℃,respectively.The average grain sizes of alloy powder are about 45 and20 μm with irregular shape, respectively. The prepared TiAl alloy powders are relatively pure, and the average quality content of oxygen in the alloy powders is0.33 wt%. The forming process of alloy powder contains both the diffusion reaction of Ti and Al,which gives priority to the diffusion reaction of aluminum.     

大塑性变形-反应烧结TiAl合金的高温压缩屈服强度

研究了大塑性变形-反应烧结TiAl合金的高温压缩屈服强度。结果表明：高能球磨显著改善了烧结TiAl合金的压缩性能，同时其压缩性能还取决于烧结工艺。球磨1h粉末挤压坯经1250℃烧结4h后，800℃时的压缩屈服强度最高，达到620MPa，且与其实温值相当：而经1250℃烧结不同时间的未球磨粉末烧结体，800℃时压缩屈服强度最高仅为485MPa。因此，采用大塑性变形-反应烧结工艺制备高性能TiAl合金是可行的。     

细晶TiAl基合金的制备及高温氧化行为

采用机械合金化及放电等离子烧结方法制备超细晶/纳米晶TiAl基合金,并利用差热分析仪进行循环高温氧化试验,研究粉末机械合金化对烧结细晶粒TiAl基合金组织及高温氧化性能的影响。结果表明,球磨是获得细晶粒组织的原因,粉末经球磨及放电等离子烧结后,形成了细小、球状的TiAl和Ti3Al相组织;该细晶粒组织在高温循环氧化条件下显示出较高的抗氧化性,且随Nb量增加抗氧化性得到提高,升温阶段的氧化速率最快。     

热压烧结制备钛基合金TiAl+Ti及其显微结构

在1473 K,30 MPa,1.5 h的热压条件下直接烧结TiAl金属间化合物和Ti混合粉末,制备了钛基合金(TiAl+Ti)样品,采用XRD、SEM研究了2种不同成分配比对烧结产物相组成及显微结构的影响。结果表明,不同成分配比热压烧结体的显微组织分布相差较大,但相组成基本相同;对于TiAl和Ti体积比7:3的钛基合金样品,Ti粉末中Fe元素易于固溶到Ti_2Al和Ti_3Al中,析出相主要由TiAl、Ti_2Al(Fe)、Ti_3Al(Fe)和富Ti相组成;该比例的混合粉末在热压烧结过程中发生了不同程度的扩散反应,最终形成了组织渐变的Ti/Ti_3Al(Fe)//Ti_2Al(Fe)/TiAl显微结构。     

激光烧结制备CrFeNiAlSiTix高熵合金组织与性能

为了验证利用铬铁矿粉直接制备高熵合金的可行性,选取和天然铬铁矿粉成分接近的Cr、Fe、Ni、Al、Si作为基础元素,向其掺杂非等摩尔比的Ti元素混合后压制成坯,采用激光自蔓延烧结制备CrFeNiAlSiTix（x=0-1.2）高熵合金。通过共聚焦显微镜、XRD、SEM和EDS、维氏显微硬度计、电化学工作站等进行表征,分析物相结构、显微组织、密度和孔隙率、硬度、耐磨、耐蚀及高温氧化性能。结果表明：随着Ti含量的增加,合金中BCC相增多,且通过本征参数计算进行验证与实验结果吻合。树枝晶组织减少,花瓣状组织增加,枝晶中主要存在与Ti结合力强的元素。当x=1.0时,合金显微硬度最大为935.62 HV,密度最大为5.01 g/cm3,孔隙率最小为24.01 %,单位面积磨损量最小为34 mg·cm-2,氧化速率最大为5.92×10-6 mg2·cm-4·s-1,腐蚀电流为0.98 μA/cm2,年腐蚀深度为1.01×10-2 mm/a。     

放电等离子烧结Ti-43Al-9V合金显微组织和力学性能(英文)

采用机械合金化和放电等离子烧结工艺制备细晶Ti-43Al-9V合金,研究不同烧结温度与显微组织和力学性能之间的关系。结果表明:机械球磨后粉末形状规则,尺寸在5～30μm之间,烧结所得块体材料主要由γ-TiAl、α2-Ti3Al和少量B2相组成。烧结温度为1150°C时,获得的等轴晶粒尺寸为300nm～1μm。烧结温度升高到1250°C时,等轴晶粒的尺寸明显增大,显微硬度从HV592降低到HV535,抗弯强度从605降低到219MPa,压缩断裂强度从2601降低到1905MPa,压缩率从28.95%降低到12.09%。     

挤压开坯后TiAl合金高温变形过程中的微观组织演变

采用Gleeble-1500热模拟机对经挤压开坯后的TiAl合金进行热压缩变形,研究热变形参数对合金微观组织的影响。结果表明,随着变形量的增加,γ相首先在晶界处发生再结晶并长大,α2相发生拉长、分解和球化,组织得到了细化;变形温度和应变速率对组织影响显著,提高变形温度和降低应变速率,可有效提高组织均匀性。对微观组织进行定量金相统计分析,得到了TiAl合金动态再结晶组织演化模型。     

马氏体TiAl合金的热变形行为

为研究马氏体TiAl合金的热变形行为,对Ti-42.1Al-8.3V合金进行1320 ℃油淬,得到马氏体,然后利用Gleeble-1500D热模拟试验机研究了马氏体在变形温度为1000~1150 ℃、应变速率为0.001~1 s^-1下的热变形行为。利用背散射电子成像(BSE)和背散射衍射(EBSD)研究了热变形参数对TiAl合金显微组织的影响,通过分析真应力-真应变曲线,结合双曲正弦方程建立了本构方程。结果表明,马氏体TiAl合金的流变应力曲线符合动态再结晶特征,峰值应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大;通过计算得到n为2.175,变形激活能Q为595.79 kJ/mol,并构建了马氏体TiAl合金的本构方程;在热变形后,TiAl合金中近等边三角形排布的马氏体转变成α₂/γ片层结构。随着变形温度的升高和应变速率的减小,α₂/γ片层逐步被再结晶晶粒替代,最后在变形温度为1100 ℃、应变速率为0.001 s^-1条件下全部转化为等轴晶。另外,随着应变速率的降低和变形温度的升高,晶粒充分长大,逐渐粗化。     

原位自生Ti2AlC增强TiAl合金组织与力学性能影响研究

采用真空电弧熔炼炉制备了原位自生Ti2AlC增强Ti-48Al-2Cr-2Nb合金,研究了CNTs含量对TiAl基合金的组织演变和力学性能的影响。结果表明,随着CNTs的增加,合金的凝固路径向高Al方向移动,γ相含量增多,与此同时片层组织逐渐细化,Ti2AlC的长径比逐渐减小。在固溶强化、细晶强化以及Ti2AlC析出相强化的作用下,合金的力学性能得到显著提高。随着CNTs含量的增加,合金的维氏硬度由358.4±19.2 HV提高到了428.5±23.1 HV。合金的室温压缩强度和高温压缩强度均随着CNTs的增加先增加后减小。当CNTs添加量为3.0 at.%时,其室温压缩强度和最大应变分别达到1890.61 MPa和29.09%,分别提升54.95%和28.31%。在800 ℃压缩中,合金的硬化和软化效果受CNTs含量影响,3.0 at.% CNTs的合金表现出最高的压缩强度,相比于未添加CNTs时提升约31.42%,而4.5 at.% CNTs的合金在不影响压缩强度的情况下表现出较好的软化效果。     

Microstructure evolution in a large—grained TiAl alloy

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｃｏｖｅｒｙａｎｄｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ[1,2 ] ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙＬｉｎａｎｄｃｏｗｏｒｋｅｒｓｆｏｒｔｈｅｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｉｎｌａｒｇｅ ｇｒａｉｎｅ     

机械合金化法制备金锡合金

采用高能球磨机械合金化法制备了Au-20%Sn合金,分析了合金物相、组织和硬度随球磨时间的变化规律,探讨了合金塑性与合金组织及制备工艺的关系。结果表明:采用高能球磨机械合金化法可以制备Au-20%Sn合金;随球磨时间的增加,Au-20%Sn的合金化程度增加,组织中的金属间化合物逐渐增多,最终基本上为δ相和ζ′相;合金的硬度随球磨时间的延长逐渐升高,并在球磨60min后获得最高硬度104.2HV,然后开始下降;球磨后的合金粉末在190℃×2h的烧结过程中发生了不同程度的再结晶和晶粒长大,再结晶程度随球磨时间的延长而增加,导致烧结后合金硬度在球磨时间超过60min后反而下降。     

激光烧结制备CrFeNiAlSiCux多孔高熵合金组织与性能

在Cr、Fe、Ni、Al、Si纯粉末中添加非等摩尔比的Cu元素混合后压制成坯,采用激光自蔓延烧结制备CrFeNiAlSiCux（x=0-1.2）高熵合金。通过OM、XRD、SEM和EDS、维氏显微硬度计、磨粒磨损机及电化学工作站进行表征,分析物相结构、显微组织、密度和孔隙率、硬度、耐磨及耐蚀性能。结果表明：合金中BCC和FCC两相共存,随着Cu元素添加,FCC相增多,但BCC相仍多于FCC相,合金是典型树枝晶组织并伴有许多菊花状的组织,菊花状组织主要含有Cr、Fe、Si、Ni元素,枝晶间组织主要含有Cu元素。CrFeNiAlSiCu0.4综合性能最佳,显微硬度最大,为908.68 HV,单位面积磨损量最小,为48 mg·cm-2,腐蚀电流最小,为0.4100 μA/cm-2,腐蚀电位最大,为-149.264 mV。     

Al-Pb-Cu合金在高能球磨和烧结过程中的组织结构变化

用机械合金化方法制备了Al-Pb-Cu合金，利用X-ray衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析研究了Al-Pb-Cu合金在高能球磨和烧结过程中的组织结构变化。并与Al-Pb二元合金作了比较。     

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。     

TiAl基合金包套锻造工艺

采用热模拟手段 ,研究了高径比为 2的TiAl基合金铸坯的包套锻造工艺。主要分析了包套厚度对变形组织的影响。结果表明 ,在较小的包套厚度时锻坯易发生大的局部剪切 ,造成变形不均匀 ;随着包套厚度增加 ,大的剪切变形消失 ,整个锻坯的变形组织均匀性得到了明显改善。