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1、Ti2AlC／TiAl复合材料热处理组织的细化第36卷2007焦第2期2月稀有金属材料与工程RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGVo1.36,No.2February2007Ti2AIC/TiAI复合材料热处理组织的细化岳云龙,王志杰,尹海燕,吴海涛,苏通,徐言超(济南大学,山东济南250022)摘要:利用放电等离子烧结(SPS)技术,原位制各Ti2A1C/TiA1复合材料,并对其进行多步热处理,研究增强相Ti2A1C和微量元素B对Ti2A1C/TiA1复合材料热处理组织的细化作用.研究发现,在热处理过程中,Ti2A1C和B能够显着抑制TiA1基体中y
2、晶粒和a2/7层片晶团的长大,有效地细化Ti2A1C/TiA1复合材料的热处理组织.显微组织的细化能够显着强韧化复合材料,其中经l390℃热处理的复合材料的弯曲强度达到957.9MPa,断裂韧性达到2O.73MPa-m".关键词:Ti2A1C/TiA1复合材料:多步热处理:显微组织细化中图法分类号:TB333;TG156文献标识码:A文章编号:1002—185X(2007)02—0189,051引言2实验过程TiAl基合金以其高的比强度,比模量,趣好的抗氧化性,抗蠕变性及优良的高温强度,低的密度等,优于目前广泛使用的其它金属和合金,成为一类很有发展前景的高温结构材料.与大多数金属
3、间化合物一样,室温脆性是阻碍TiA1基合金作为高温结构材料实际应用的最大障碍.对TiA1合金采用不同的热处理方式可得到4种组织【l】:全层片组织,近层片组织,双态组织,近组织.而具有双态组织或细小全片层组织的TiA1合金拥有趣好的综合性能.因此,为了获得理想的综合性能,有必要对Ti2A1C/TiA1复合材料进行热处理,以调控其显微组织.B在TiAl合金中可以固溶于基体(相),以TiB2形式析出或偏聚在晶界,其中TiB2和偏聚在晶界的B细化了晶粒[.London和Larsen【等人发现,添加微量(O.5%～0.8%,摩尔分数)B能非常有效地细化铸造TiA1合金的显微组织,从而提高其
4、强度和塑性.目前,关于TiA1合金热处理的研究已有不少报道,但对TiA1基复合材料的热处理研究未曾涉及.由于增强相的加入,TiA1基复合材料的组织变化与控制将比传统TiAI合金更加复杂.本研究采用多步热处理工艺对Ti2A1C/TiA1复合材料进行热处理,获得了不同的显微组织,分析了多步热处理对Ti2A1C/TiA1复合材料显微组织和力学性能的影响,以及Ti2A1C和B对复合材料组织的细化作用.试验材料为Ti粉(粒度<50lam),A1粉(粒度<45lam),Nb粉(平均粒度为18lam),B粉(平均粒度为5rtm)和TiC粉(平均粒度为O.8rtm),采用热爆反应合成
5、Ti.47.66A1.2.22Nb和Ti一47.66A1.2.22Nb.1.34B(摩尔分数%,下同)合金粉末.将合金粉末粉碎筛分后,与7%TiC(质量分数)粉于混料机中球磨混合,采用SPS.1050型烧结炉原位制得Ti2A1C/Ti.47.66A1.2.22Nb(记为TN)和Ti2A1C/Ti.47.66A1.2.22Nb.1.34B(记为TNB)复合材料,其中TiC与TiA1发生原位反应,生成Ti2AIC.采用差热分析确定TNB复合材料的相转变温度点,测得共析转变温度为1200~C,包晶转变温度为137O℃,比一般TiA1合金的相转变温度都要高.多步热处理在高温箱式电阻炉中进
6、行.根据标准Ti.AI二元相图[4】,以及差热分析结果,制定复合材料的多步热处理工艺,如图1所示.具体热处理制度如下(其中AC为空冷,FC为炉冷)HT1:1050℃,24h,AC+1320℃,45min,AC+900℃,6h,FC;HT2;1050℃,24h,AC+1390℃,45min,AC+900℃,6h,FC.力学性能测试在Instron万能材料试验机上进行,采用三点弯曲法测定复合材料的室温弯曲强度,试样收到初稿日期:2005—11-03;收到修改稿日期:2006—01—04基金项目:山东省自然科学基金重点项目资助(Z2003F02)作者简介:岳云龙,男,1964年生,博士
7、.教授,济南大学材料科学与工程学院.山东济南250022,电话:0531-82765670E—mail:cloudyhy@126.tom?19O?稀有金属材料与工程第36卷尺寸为:3mmx4mm~26mm.采用单边刃口法(SENB)测定其断裂韧性,试样尺寸为:2mmx4mm~26mm.采用日立公司生产的S一25o0型扫描电子显微镜,观量0旨察复合材料的显微组织形貌.试样经金刚石研磨膏抛光后,用Kroll溶液进行侵蚀(Kroll溶液:HF:HNO3:H2O=1:3:5(体积比)).
