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.     

热处理工艺对Ti-6Al-4V ELI合金厚截面锻件力学性能的影响

针对损伤容限型Ti-6Al-4V ELI合金δ200mm厚截面锻件,开展了β热处理工艺和准β热处理工艺试验,对比分析了热处理工艺对锻件的强度、塑性、断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率的影响。研究结果表明,随着第一重退火温度从T_b+15℃升高到T_b+30℃、T_b+60℃,锻件塑性下降明显。准β热处理工艺的塑性明显优于β热处理工艺,源于其β晶粒尺寸较小。强度、断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率对β热处理工艺温度不敏感。为达到良好的强度-塑性-韧性的综合性能匹配,Ti-6Al-4V ELI钛合金厚截面锻件宜采用较低热处理温度(如T_β+15℃)的β热处理工艺或准β热处理工艺。     

放电等离子烧结制备Ti-22Al-25Nb合金及致密化机理

以Ti-22Al-25Nb(摩尔分数,%)预合金粉末为实验初始原料,采用放电等离子烧结工艺(SPS)方法,在温度为950～1200℃,保温时间为10～20min,压力为35～80MPa的条件下制备晶粒小、组织致密的粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金。研究烧结温度、烧结压力和保温时间对预合金粉末致密化过程的影响,分析粉末的烧结致密化机理,揭示烧结温度、烧结压力和保温时间对Ti-22Al-25Nb烧结合金的相对密度、相组成、显微组织以及力学性能的影响规律,明确烧结合金的室温断裂机制。结果表明:经950℃、80MPa、10min烧结的Ti-22Al-25Nb合金相对密度达到99.43%,具有更优异的综合力学性能,其室温伸长率、屈服强度和抗拉强度分别达到9.38%、933.57 MPa和990.01 MPa。     

放电等离子烧结快速制备致密Ti-Al基合金

以Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr合金粉末为原料,研究了采用放电等离子烧结工艺制备Ti-Al基合金.研究表明,当烧结温度高于1100 ℃时,可制备出致密度高、组织均匀的Ti-Al基合金;烧结温度对合金的显微组织影响显著,在1100 ℃和1150 ℃烧结,得到由等轴γ晶粒与α2 γ片层束构成双态组织,在1200 ℃烧结时,得到全部由α2 γ片层束构成的全片层组织;当烧结温度为1100 ℃时,具有细小双态组织的合金具有较佳的室温力学性能,其抗压强度为3321 MPa,压缩率为35.2%.     

烧结温度对TiAl基复合材料组织与性能的影响

采用放电等离子烧结炉在1200～1350℃下对Ti-48Al-2Nb-2Cr预合金粉末和多层氧化石墨烯组成的混合粉末进行烧结,研究了烧结温度对石墨烯增强的TiAl基复合材料组织演变及压缩性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,复合材料组织由近γ等轴晶组织逐渐向全片层组织转变,在室温下复合材料组织对其抗压强度和断裂应变的影响较小,而在850℃/0.001 s~(-1)压缩条件下,不同组织的复合材料抗压强度和断裂应变发生显著变化,其中1300℃下烧结获得的细小全片层组织具有最高的高温抗压强度和断裂应变。烧结温度对TiAl基复合材料的组织与性能具有重要影响。     

放电等离子烧结TiAl-V-Cr合金的拉伸和压缩性能

以Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺制备出TiAl基合金,并研究了显微组织对合金的室温拉伸、压缩性能以及断裂机制的影响。结果表明,采用SPS方法可制备组织成分均匀的TiAl-V-Cr合金材料,其室温拉伸、压缩性能以及断裂机制与显微组织类型和晶粒尺度密切相关,且对于相同组织的合金,其压缩性能远远优于拉伸性能。当烧结温度为1100℃时,具有细小双态组织的合金具有最佳的室温力学性能,其抗压强度为3321 MPa,压缩率为35.2%。     

放电等离子烧结温度对Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金显微组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备了Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金,研究了烧结温度对合金致密度、显微组织及力学性能的影响。结果表明:在950~1150℃烧结温度范围内合金主要由β-Ti相和Ti-Nb-Ta-Zr固溶体组成的混合基体及少量未熔化的Nb、Ta金属颗粒组成,并且合金具有较高的致密度和抗压强度;随着烧结温度的升高,合金中混合基体组织尺寸越来越大且不断融合联结,Nb、Ta金属颗粒数量越来越少且尺寸越来越小,同时合金致密度和抗压强度呈增大趋势;所制备的合金压缩弹性模量值在50~57 GPa之间,具有良好的力学相容性,烧结温度变化对其影响较小。     

真空烧结温度对Ti-44Al-2Cr-4Nb-0.2W-0.2B合金显微组织及力学性能的影响

为获得细晶TiAl合金及有效减少传统铸造带来的内部缺陷,采用真空热压烧结工艺制备了Ti-44Al-2Cr-4Nb-0.2W-0.2B合金,研究了烧结温度对TiAl合金微观组织及力学性能的影响。结果表明:Ti、Al元素粉末反应合成后,经XRD检测,3种烧结温度(1150、1240、1300℃)烧结后的合金主要由γ-TiAl和α_2-Ti_3Al_2种基体相组成,随着烧结温度的增加,γ相含量增加,α_2相则减少;结合SEM观察发现,改变烧结温度可获得TiAl合金不同典型组织,其中1150℃烧结合金为近γ组织、1240℃烧结为双态组织、1300℃烧结为近片层组织,烧结温度的升高使得合金组织愈发均匀;配合EDS分析,烧结温度的升高有助于Nb元素在基体相中的扩散,同时合金密度随烧结温度的升高逐步增大,当烧结温度升至1300℃,合金的密度达到4.419g/cm~3;通过力学性能检测,在1240℃烧结制备的TiAl合金组织为细小的双态组织,显示出较好的综合力学性能,其显微硬度为5270 MPa,在高温压缩时展示出良好的抗压强度。     

烧结温度对SPS制备Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备了Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金,研究了烧结温度对合金相对密度、显微组织及力学性能的影响。结果表明:在1000~1200℃烧结温度范围内合金具有较高的相对密度和抗压强度,合金主要由β-Ti相和Ti-Nb固溶体组成的混合基体及少量α-Ti相组成;随着烧结温度的升高,合金相对密度和抗压强度呈增大趋势,合金中α-Ti相向β-Ti相逐渐转变,同时合金中Ti-Nb固溶体含量越来越少,且尺寸减小;合金压缩弹性模量在58~61 GPa之间,受烧结温度变化影响较小。     

SPS制备TiAl基合金微观组织演变研究

以等离子旋转电极雾化球形Ti47Al2Cr2Nb0.2W预合金粉末为原料,采用SPS技术在不同烧结温度下（1100℃、1200℃、1250℃、1300℃）制备TiAl基合金,结合XRD、SEM及TEM等检测手段,对预合金粉末致密化过程中显微组织演变进行了系统研究以及不同烧结温度对力学性能的影响。结果表明：当烧结温度超过1200℃时,组织内存在少量高温残留B2相,且随着烧结温度的升高,β相（B2相）含量有所增加;烧结温度在1100℃时合金具有最高的压缩断裂强度、拉伸断裂强度和断裂应变,分别为2367MPa、600MPa和2.25%;α2相、β相和γ相存在如下晶体学关系： ∥ ∥ , ∥ ∥ ;1300℃烧结样品中有形变诱导α2→γ相变以及形变孪晶产生。     

Nd对Mg-13Gd-0.5Zr合金组织和力学性能的影响

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和电子拉伸试验机等设备研究了Nd对Mg-13Gd-0.5Zr合金组织和力学性能的影响,结合错配度理论、位错密度的变化规律讨论了合金晶粒细化的机理,并从细晶强化和析出强化等方面阐述了合金强化机制。研究发现Mg-13Gd-0.5Zr合金的组成相主要有α-Mg、Mg₅Gd,Nd的加入在合金中形成了新相Mg₄₁Nd₅,并细化了合金晶粒。Nd的加入显著提高了Mg-13Gd-0.5Zr合金的室温和高温力学性能,当Nd的添加量为2%时,合金在室温和高温下的力学性能达到最大值279(室温)、319 MPa(250 ℃),合金力学性能的提高主要归因于Mg₅Gd和Mg₄₁Nd₅相的析出强化和细晶强化的双重效果。Mg-13Gd-2Nd-0.5Zr合金在不同温度下的断裂方式主要以脆性断裂为主,随着拉伸温度的升高并由脆性断裂向韧性断裂转变。     

元素粉末法SPS烧结固化TiAl合金的组织和力学性能

以元素粉末为原料,通过放电等离子烧结(SPS)分别合成了Ti-46Al-9Nb-0.5Si和Ti-46Al-2Cr-0.5Si-0.2C。研究了各种SPS条件下合金元素扩散及微观组织的演变规律。在1 300℃×5min及以上条件下,Ti、Al、Si和C元素能够均匀扩散,Cr几乎完全扩散,仅有很少的富集区,而Nb的扩散远未完成。两组合金均表现为典型的层片晶团加γ相的双相组织。提高烧结温度和时间,层片晶团的数量和晶粒尺寸增加。各种条件下SPS烧结获得的试样压缩强度在1 200~1 350MPa之间,增加层片晶团含量能提高强度,但因烧结温度和时间的增加引起的晶粒粗化会导致强度下降。室温下的压缩性能与铸造热处理的试样及SPS预合金化粉末获得的材料的性能相当。     

放电等离子烧结温度对Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金显微组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr(TNTZ)合金,研究烧结温度对合金致密度、显微组织及力学性能的影响。结果表明:在950~1150℃烧结温度范围内合金具有较高的致密度和抗压强度,合金由β-Ti相与Ti-Nb-Ta-Zr固溶体形成的混合基体组织及少量未熔化的Nb、Ta、Zr金属颗粒组成。随着烧结温度的升高,合金致密度和抗压强度呈增大趋势,合金中混合基体组织尺寸越来越大且不断融合联结,难熔金属颗粒数量越来越少且尺寸越来越小。合金压缩弹性模量在58~60GPa之间,说明具有良好的力学相容性,烧结温度变化对其影响较小。     

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。     

等离子电火花烧结温度对TiAl合金微观组织和力学性能的影响

以等离子旋转电极球形Ti-45Al-2Cr-2Nb-0.2W预合金粉末为原料,采用等离子电火花烧结工艺在1150到1250℃范围内制备了高致密度和显微组织均匀一致的细晶钛铝基合金。烧结温度为1150℃时可获得均匀组织的α2+γ双态组织,并呈现出烧结温度范围内最高的断裂强度(1026MPa)和室温延伸率(1.12%);烧结温度为1250℃时可获得全片层α2/γ组织,烧结体的断裂强度和室温延伸率分别为953MPa和0.92%。双态组织(DP)的断裂模式是等轴γ晶内的穿晶断裂和片层晶团内的晶间断裂;而DP组织则为穿片层断裂、片层间断裂和台阶撕裂3种模式的复合模式。     

烧结温度对快速凝固TiAl合金组织及力学性能的影响(英文)

将快速凝固Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y(摩尔分数,%)合金薄带破碎成粉末,然后通过等离子烧结(SPS)制备成块体。研究烧结温度对烧结块体的组织和力学性能的影响。在1200℃烧结时得到完全致密的块体。进一步升高烧结温度对合金密度的影响不大,但是对烧结块体的显微组织及相结构有显著影响。烧结块体主要由γ和α2相组成,随着烧结温度的升高,α2相的体积分数降低,块体合金由近γ组织演变为近层片组织,且组织逐渐粗化,但是长大不明显。1260℃烧结得到的块体组织细小、均匀,没有明显微偏析,具有良好的综合力学性能,室温压缩断裂强度和压缩率分别为2984MPa和41.5%,高温(800℃)拉伸断裂强度和伸长率分别为527.5MPa和5.9%。     

CNTs添加对原位自生Ti2AlC增强高Nb-TiAl合金组织与力学性能的影响

以碳纳米管(CNTs)、高纯Al、高纯Ti与高纯Nb颗粒为原料,采用真空电弧熔炼的方法制备了原位自生Ti₂AlC增强Ti-45Al-8Nb合金,研究不同CNTs添加量对Ti-45Al-8Nb合金组织与力学性能的影响。结果表明：合金的组织主要由(α₂-Ti₃Al+γ-TiAl)片层、γ-TiAl相、B2相、Ti₂AlC相及微量TiC相构成,Ti₂AlC增强相呈棒状存在于片层团内部和晶界处,随着CNTs添加量增加,Ti₂AlC相体积分数增多同时长径比减小。合金的硬度随CNTs添加量增加而增加,当CNTs添加量为0.9 mass%时,合金硬度达到658 HV。当CNTs添加量为0.6 mass%时,合金室温抗压强度与压缩率最佳,分别为1784 MPa与21.8%,相较未添加CNTs的Ti-45Al-8Nb合金,抗压强度提高了约48.7%,压缩率提升了约59.1%。CNTs的添加显著提升了合金在800℃下的抗压强度,CNTs添加量为0.6 mass%时,抗压强度由...     

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。     

真空热压烧结TiAl基合金的显微组织及高温拉伸性能

采用名义成分为Ti-43Al-4Nb-1Mo-0.1B(原子分数,%)预合金粉末通过真空热压烧结工艺在1200～1325℃制备Ti Al基合金坯料。研究了烧结温度对Ti Al基合金组织及高温拉伸性能影响。结果表明,当烧结温度为1200、1275℃时,分别获得了近γ组织和双态组织,平均尺寸分别为3、5μm;烧结温度为1300、1325℃分别获得了近片层组织和全片层组织,片层晶团平均尺寸分别为70、120μm。四种组织的合金在800℃的抗拉强度均在500 MPa左右,近片层组织和全片层组织伸长率最佳,Ti Al基合金的拉伸断裂以脆断为主。