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1、TiAl金属间化合物粉末冶金制备技术研究TiA1金属问化合物粉末冶金制备技术研究张绪虎郎泽保(航天材料及工艺研究所,北京100076)文摘用气体雾化制粉技术成功制备了Ti一46A1—2Cr一2Nb一0.2B一0.1W球形预合金粉末,粉末中的氧和氢的质量分数分别为0.059%和0.001%,粉末的粒度呈正态分布,粒度主要分布在5O～190m.采用热等静压技术将该预合金粉末制备成了致密的TiA1系金属间化合物,组织比较细小,均匀,热处理后材料的延伸率达到了2.5%.关键词TiA1系金属间化合物,预合金粉末,热等静压
2、技术StudyofTiA1IntermetallicPowderMetallurgyZhangXuhuLangZebao(AerospaceResearchInstituteofMaterialsandProcessingTechnology,Beijing100076)AbstractTi一46A1—2Cr一2Nb一0.2B一0.1Wpre—alloyedspherepowderisfabricatedbygasatomization.Theoxygenandhydrogencontentofthepowde
3、ris0.059wt%and0.O01wt%respectivelyandthegrainsizeofthepowderhasaGaussiandistribution,rangingfrom50to190m.Thenthepre—alloyedTi一46A1—2Cr一2Nb一0.2B一0.1WpowderisconsolidatedintobulkTiA1alloywithfineandhomogeneousmicrostructurebyhotisostaticpress—ing.Theelongation
4、ofas—heatedbulkTiA1is2.5%.KeywordsTiA1intermetallic,Pre—Alloyedpowder,Hotisostaticpressing1前言TiA1基合金具有密度小,高温强度与抗蠕变性能优异等特点,可在900~C左右长期使用,作为新型的高温结构材料,在超声速及高超声速飞行器中具有很好的应用前景.然而,TiA1基合金属于极难塑性加工材料,通常在700℃以下温度范围内,它的塑性很差,其伸长率一般仅有2%～3%,无法进行塑性加工,在大于1IO0~C高温下,虽然它的塑性有所
5、改善,但变形抗力仍然很大,其流动应力高达200MPa,且要求变形时保持相当低的应变率(1OI3/s),因而对其进行塑性加工成形的难度非常大J.室温塑性低,热塑性变形能力差和在850~C以上抗氧化能力不足这三大缺陷是阻碍TiA1基合金实用化的主要障碍.近年来,粉末冶金法制备TiA1基合金已引起了人们极大关注,该方法以单质或合金粉末为原料,采用一般塑性加工方法对粉末进行固结成形后,再经烧结成形或采用常规热等静压技术直接获得所需形状的TiA1基合金制件,实现制件的近净成型,从而避免对TiA1基合金的后续塑性加工或机械
6、加工.与铸造TiAl基合金相比,粉末冶金法制备的TiA1基合金组织更加均匀而细小J,采用热等静压工艺还可实现组织的完全致密化,从而解决铸造的相关质量问题.国外已经成功地运用粉末冶金工艺研制出TiA1系金属问化合物球形粉末,并采用热等静压工艺开展了一系列应用研究工作.目前,TiA1系金属问化合物极有希望作为先进发动机结构材料,弹体及舱体结构材料和超声速飞行器的热防护系统材料(TPS)得到应用.另外,TiA1系金属问化合物还可用于卫星,空间动能拦截器的姿控/轨控发动机等耐热结构部件.我国对应用元素粉末制备TiA1系
7、金属问化合物的冶金工艺有所研究,但对TiA1系金属问化合物预合金球形粉末冶金制备技术的研究较少.本文着重介绍了航天材料及工艺研究所与中国科学院金属研究所合作研制出的TiA1系金属问化合物预合金球形粉的特性及其在热等静压成型工艺方面的一些研究情况.2TiAI系金属间化合物预合金粉的制备及性能2.1合金成分设计国外对TiAl基金属问化合物的成分,显微组织收稿13期:2007—06—07;修回13期:2007—07—26作者简介:张绪虎,1966年出生,高级工程师,主要从事金属基复合材料及工艺的研究工作宇航材料工艺2
8、007年第5期一53—结构,力学性能,成形工艺和高温抗氧化性等进行了多年研究,合金化是改善TiA1基金属间化合物塑性,强度,蠕变性能,高温性能,断裂韧性及抗氧化能力的重要途径.Tim基合金的成分可表示为:Ti一(44～51)m一(1～10)M一(0～1)N,其中M代表Nb,Cr,Mn,V,Ni,W,Ta,Mo,Zr等副族元素,N代表si,c,B,0,N等主族元素.元素在合金中的作用见表
