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.     

SPS烧结温度对Ti-45Al-8Nb合金组织及力学性能影响研究

本文以雾化法制备的Ti-45Al-8Nb (at.%) 预合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺技术(SPS)制备了Ti-45Al-8Nb合金,研究了不同烧结温度对合金显微组织及力学性能的影响规律。实验结果表明,在烧结温度范围内(1250℃、1275℃、1300℃),合金均为全片层组织,并具有高抗压强度和压缩率。随着烧结温度的提高,合金中γ相含量升高,α₂相含量下降。1250℃放电等离子烧结时,合金中并未出现B2相,随着烧结温度的升高,合金中的B2相主要由晶界析出,并呈增多的趋势。分析表明,主要是由于放电等离子烧结过程中使得粉末间产生局部高温形成液相,其后的快速凝固导致高温β相来不及转变而形成的B2相残留。合金总体表现出随着烧结温度的升高,合金的强度和塑性性能下降的趋势。SPS烧结温度为1250℃时,抗压强度和压缩率最佳,分别为2084.20MPa和33.10%。合金SPS烧结温度为1250℃和1275℃时,断裂模式主要为沿片层断裂和穿片层断裂混合方式。SPS烧结温度为1300℃时,断裂则主要以沿片层断裂为主。     

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%。     

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%。     

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。     

Ti-45Al-5Nb(-0.3Y)合金的连续冷却相变规律

冷却速度对Ti-45Al-5Nb和Ti-45Al-5Nb-0.3Y合金连续冷却相变有较大的影响.炉冷形成全层片组织,空冷下层片形成被α→γm块状反应抑制,油冷形成了极细小的层片组织,水冷主要发生了α→α2有序化转变.空冷导致了羽毛状组织消失和α2相的增加,水冷导致α2晶界的细小层片晶团尺寸较小、数量较多.Y添加对Ti-45Al-5Nb合金连续冷却相变有较小的影响.     

烧结温度对M3∶2高速钢SPS烧结组织和性能的影响

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了M3∶2粉末冶金高速钢,研究了SPS烧结M3∶2粉末冶金高速钢最佳烧结温度、显微组织与性能.通过实验得到以10℃/min的速率升到1200℃时高速钢的连续升温烧结曲线,分析在此烧结实验下的烧结过程,进而确定烧结温度范围.在此范围内的不同温度下烧结试样,根据试样密度、硬度、相对密度和显微组织确定M3∶2粉末高速钢最佳烧结温度.结果表明:在烧结温度900℃、保温时间10min、压力30 MPa工艺下,SPS烧结的M3∶2粉末冶金高速钢,其显微组织均匀、晶粒细小、无碳化物偏析,相对密度达98.17％,硬度达63.37 HRC.     

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烧结时间对Ti_2AlNb合金组织与力学性能的影响

采用高能球磨法和放电等离子烧结技术（SPS）制备了Ti_2AlNb合金,研究了不同烧结时间对Ti_2AlNb合金微观组织及力学性能的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对合金显微组织及物相结构进行表征,利用万能拉伸试验机对合金拉伸性能进行测试。结果表明,烧结时间不会改变合金的物相组成,不同烧结时间下所制备的Ti_2AlNb合金均由B2相、胞状α2相和针状O相组成;在烧结温度1000℃、烧结时间70min、压强50MPa条件下,Ti_2AlNb合金中针状O相数量较多且分布均匀,其室温拉伸强度可达454.6 MPa。     

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。     

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.     

放电等离子烧结TiB/Ti-1.5Fe-2.25Mo复合材料的微观组织与力学性能

采用放电等离子烧结技术原位合成了TiB增强Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料,研究了烧结温度对复合材料微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着烧结温度的升高,钛合金中 TiB 晶须的长细比迅速减小;然而,复合材料的相对密度及TiB的体积含量随着烧结温度的升高而不断增大。由于TiB晶须长细比的减小会导致复合材料强度的降低,而复合材料的相对密度及TiB体积含量的增大又会带来复合材料强度的增加,因此,在这两种因素的共同作用下,最终导致 TiB/Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料的弯曲强度随着烧结温度的升高而缓慢增大。在烧结温度为1150°C 时,TiB/Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料具有最大的弯曲强度1596 MPa。     

热机械处理对Ti-45Al-5Nb-0.3Y合金的显微组织与力学性能的影响

包套锻造Ti-45Al-5Nb-0.3Y合金由大量细小的动态再结晶等轴γ晶粒(晶粒尺寸可达1-2 μm),弯曲或破碎的层片和少量的残余平直层片组成,变形组织含有人量位错及少量变形孪晶.锻态试样抗拉强度(σb),延伸率(δ)分别达到708.1 MPa和0.95%.再通过不同的热处理分别得到晶粒细小的双态组织、近层片组织和全层片组织.经1320 ℃/30 min炉冷后得到双态组织,层片晶粒尺寸(d1)约为20 μm,层片体积分数(ψ1)约为60%,具有最高的δ,约为1-9%,σb约为658.9 MPa,为穿晶和沿晶混合断裂;经1340℃/30 min炉冷后得到近层片组织,dI约为60 gm,ψ1约为95%,O'b约为690.2 MPa,δ约为1.75%,上要为穿晶(层片)断裂;经1370℃/15 min炉冷后得到细小全层片组织(d1约为40 μm),具有最高的σb,约为715.1 MPa,5约为1.51%,为穿晶断裂.     

SPS烧结Ti-25Ta-3Ag合金的组织演变与腐蚀行为研究

用XRD、SEM等测试手段对SPS烧结的Ti-25Ta-3Ag生物合金的物相、形貌和微观结构进行表征;采用开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等方法研究了不同烧结温度制备的合金在人工模拟体液(Hank’s溶液)中的电化学腐蚀行为。结果表明：Ti-25Ta-3Ag烧结产物中存在α相(不规则多边形)、马氏体α＂相(针状)和β相(片层状),同时在晶界处有单质Ag(白色颗粒)析出。电化学实验表明：随着烧结温升高,合金的耐腐蚀性能增强。该合金在人工模拟体液中耐腐蚀性能优异的主要原因是：Ag提高了合金的腐蚀电位,且在晶界析出,由于Ag的高耐腐蚀性,使得晶界不易发生腐蚀;另一方面合金表面形成的钝化膜主要由TiO₂和Ta₂O₅氧化物,Ti和Ta的低价态氧化物以及金属Ag组成,且钝化膜与基体钛结合紧密,其稳定性和保护性更强。     

反应烧结高Nb-Al_3Ti合金的组织演变机理

采用放电等离子热压烧结技术(SPS)制备高Nb-Al_3Ti合金,研究了315和645℃预烧结处理以及885～1130℃范围内不同反应烧结温度对Al_3Ti合金显微组织的影响,分析了不同烧结温度下合金组织的变化过程并绘制组织转变示意图。结果表明,经过315与645℃的预烧结处理,原料颗粒表面氧化物溶解并发生固相扩散生成少量的Al_3Ti使相界钝化; 885～1130℃的反应烧结过程主要发生液相烧结与晶粒生长,熔融液相Al与难熔Ti、Nb_2Al的相界处发生包晶反应生成Al_3Ti和Al_3Nb,新生Al_3Ti相阻碍Al元素扩散使内部与Ti反应的Al含量降低导致Al_2Ti的生成;随着烧结温度升高,反应速率加快,反应原料快速完成合金化过程并进行晶粒生长,Al_3Ti与Al_3Nb的晶体结晶度得到提高。     

Microstructures of mechanically activated Ti-46at.%Al powders and spark plasma sintered ultrafine TiAl alloy

Powder of Ti-46at.%Al was synthesized through mechanical activation (MA) for different milling times, and the 16 h MAed powder was sintered by using a spark plasma sintering (SPS) process at different sintering temperatures. The XRD profiles showed that the MAed Ti-46at%Al powder for 12,16, and 20 h contained initial α-Ti and Al phases, and that the SPSed TiAl alloys contained the gamma TiAl and α2-Ti3Al phases. The TEM showed two different types of regions in the 16 h MAed Ti-46at.%Al powder. One type consisted of only Al with a grain size about 80 nm, and the other type a mixture of Al and Ti with a grain size of 30 nm. According to the optical micrographs of MA-SPSed samples, the alloys sintered at higher temperatures showed a coarser microstructure. In the case of the 1473 K sintering, typical duplex structures ((α2 γ) lamella and γ phases) with interlamellar spacings of 50-400 nm and the grain size either less man 100 nm, or 1000 nm were observed.     

Microstructures of mechanically activated Ti-46at.% Al powders and spark plasma sintered ultrafine TiAl alloy

Powder of Ti-46at.%Al was synthesized through mechanical activation (MA) for different milling times, and the 16 h MAed powder was sintered by using a spark plasma sintering (SPS) process at different sintering temperatures. The XRD profiles showed that the MAed Ti-46at%Al powder for 12,16, and 20 h contained initial α-Ti and Al phases, and that the SPSed TiAl alloys contained the gamma TiAl and α2-Ti3Al phases. The TEM showed two different types of regions in the 16 h MAed Ti-46at.%Al powder. One type consisted of only Al with a grain size about 80 nm, and the other type a mixture of Al and Ti with a grain size of 30 nm. According to the optical micrographs of MA-SPSed samples, the alloys sintered at higher temperatures showed a coarser microstructure. In the case of the 1473 K sintering, typical duplex structures ((α2 + γ) lamella and γ phases) with interlamellar spacings of 50-400 nm and the grain size either less man 100 nm, or 1000 nm were observed.     

热处理对定向凝固Ti-45Al-8Nb-（W,B,Y）合金组织的影响

研究两种热处理制度对Bridgeman法制备的典型定向凝固Ti-45Al-8Nb-（W,B,Y）（摩尔分数,%）合金组织的影响。两种典型的定向凝固显微组织分别为胞状生长形貌全片层组织和枝晶状生长形貌块状组织,对其热处理发现：热处理1250℃,24h＋900℃,30min＋AC能有效消除其定向凝固合金中的B2相,并将快速定向凝固时产生的块状组织转变为片层组织,在胞状间及枝晶臂上分别获得了宽度为150-200μm和50-100μm的柱状晶。热处理1400℃,2h＋900℃,30min＋AC能同时消除B2相、块状组织及凝固偏析,但造成了晶粒的严重长大。热处理能有效改进定向凝固合金的显微组织。