粉末冶金tial合金.ppt

一、γ-TiAl系合金的性能特点
γ-TiAl基合金是一种新型轻质高温合金,与传统钛合金和镍基高温合金相比, 它在性能上有明显优势
γ-TiAl基合金密度低于钛合金, 比镍基高温合金的一半还小。
从室温到高温, γ-TiAl基合金的比强度与钛合金相当, 比模量远高于钛合金及镍基高温合金。
热膨胀系数介于钛合金与镍基高温合金之间。
γ-TiAl基合金在 800 ~900℃高温抗氧化性能远高于钛合金与不锈钢。
1、室温拉伸性能
粉末冶金γ-TiAl系合金的微观组织形态有近γ态组织、双态组织和全片层组织。
当具备细小晶粒的双态组织或全片层组织时,粉末冶金γ-TiAl系合金才会表现出较好的综合性能。
从表中可以看出,具备双态组织的γ-TiAl系合金的抗拉强度和伸长率都优于具备全片层组织的γ-TiAl系合金。
两种不同组织状态的粉末冶金γ-TiAl系合金材料的金相组织如图。  双态组织其晶粒比较细小。细小的晶粒可缩短滑移带长度,减少滑移面位错运动长度和位错堆积,降低了滑移面交接处和晶界的应力集中,阻止裂纹的产生。此外, 等轴晶组织和片层组织之间的界面可以阻碍裂纹的扩展。  囚此,细小的双态组织表现出了较高的抗拉强度和较好的伸长率。
2、高温拉伸性能
从图中可以看出粉末冶金γ-TiAl系合金材料的抗拉强度随温度的变化而发生剧烈变化:800—850 ℃,粉末冶金γ-TiAl系合金的强度变化不大;当测试温度超过850 ℃时,抗拉强度下降明显,并在1000 ℃时,抗拉强度下降到290 MPa 左右。
粉末冶金γ-TiAl系合金的伸长率随着测试温度的升高而增加,尤其当测试温度由800 ℃升到900“C时,伸长率急剧增大,而当超过900℃之后,伸长率变化不大。
3、抗氧化性能
-TiAl系合金表现出了良好的抗氧化性能。在900℃-TiAl系合金材料的抗氧化性能如图所示。
从图中可以看出,粉末冶金
γ-TiAl系合金材料在氧化过程中,
其氧化速率逐渐降低,从开始的
0. 41mg/(m2·h) /(m2·h)。


经分析,
γ-TiAl系合金材料的表面开始形成了致密的氧化膜,阻碍氧化化的剧烈发生。-TiAl系合金的氧化速率也越车越慢,并趋向于一个恒定值。
4、性能缺陷
1、室温延展性较差

主要与γ-TiAl合金的晶体结构和显微组织有关:
γ-TiAl是一种有序的 L10 面心正方结构,位错运动的点阵阻力(p-N 力)大,位错的可动性差, 从而严重影响了晶体的塑性变形能力。
另外,γ-TiAl基合金的铸态组织主要由粗大的层片晶团组成, 晶团之间的变形协调能力差。
这两方面的原因直接导致了γ-TiAl基合金的室温脆性。
2、冷、热加工性能差
粗大的显微组织和室温脆性。
3、铸态材料存在严重的疏松、缩孔和成分偏析
熔体粘度高, 补缩能力不足,且在凝固过程中存在包晶反应。
铸造钛铝较差的成形性能成为长期制约该材料实用化进程的关键因素。
二、γ-TiAl系合金的制备工艺
γ-TiAl系合金的铸造性能较差,易产生铸态缺陷。粉末冶金方法在消除宏观成分偏析、疏松、缩孔和近净成形方面具有明显优势, 因而也是制备γ-TiAl基合金的主要方法之一。
粉末冶金法避免了对γ-TiAl基合金的后续塑性加工或机械加工。而且,与铸造γ-TiAl基合金相比, 粉末冶金法制备的γ-TiAl基合金组织更均匀, 更细小。
粉末冶金制备γ-TiAl基合金的具体方法主要有:机械合金化、自蔓燃—高温合成、反应烧结、预合金粉末法、爆炸合成、等离子喷射成形等。而这些方法并不是独立的, 常常两种或多种方法结合在一起, 很难严格区分。
1、机械合金化
机械合金化是一种合成细晶合金粉末材料的有效方法, 该方法在制备TiAl基合金方面有许多独特的优点。
如:含Al45%~60%(粒子数分数)的TiAl基合金采用快冷方法无法获得非晶,而采用机械合金化则可以形成非晶。
利用机械合金化制得的非晶态TiAl基合金粉末, 在其玻璃点温度上压实时,粉末的流动性非常好,可以得到形状复杂、致密度近理想状态的合金试件。
机械合金化工艺采用的原料既可是单质元素粉末,也可是预合金粉。
Ti、Al单质混合粉经机械合金化, 很容易使Ti、Al组元尺寸细化、形成一种颗粒细小的Ti/Al复合粉;进一步延长球磨时间, 则发生合金化或形成非晶。TiAl预合金粉经机械合金化,其晶粒尺寸能显著细化。
两种经机械合金化方法处理的粉末,其烧结行为有些差异,但均可烧结成致密度大于96%的TiAl基合金材料。