al、v元素对tial-v三元合金铸态组织的研究

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1、Al、V元素对TiAI-V三元合金铸态组织的研究黑龙江工程学院材料与化学工程学院杨慧敏栾敏杰王春艳王威黑龙江省科学院高技术研究院宋美慧哈尔滨工业大学材料科学与工程学院骆良顺摘要：木文利用高真空多功能电弧熔炼设备制备岀Ti-AI-V三元合金钮扣锭，并对其进行了金相、扫描电镜组织分析和研究。结果发现，在该熔炼条件下Ti-AI-V三元合金的宏观凝固组织为典型的柱状晶组织，其显微组织为典型的树枝晶。对于不同V含量的Ti-AI-V三元合金而言，V含量的加入并不能明显影响TiAl基合金的凝固路径。随着AI含量的增加，Ti-AI-V三元合金的凝固初生相由β相向

2、α相演变。而且，随着V含量的增加，Ti-AI-V三元合金的硬度值会逐渐升高。但是当AI含量较高时，其硬度值增加的幅度减小。关键词：TiAI-5Nb合金；AI含量；铸态组织；硬度；组织演化中图法分类号：TG146.4文献标识码：A文章编号：1前言TiAl基合金以其较高的比强度、比模量及较好的高温性能等己成为一种急剧潜力的高温结构材料［1-4］。然而，TiAl基合金还存在着许多亟待解决的问题，如室温塑性、断裂初性以及800°C以上的高温抗氧化性能等［5-7］。对此，材料科学工作者进行了大量的研究，其性能改善主要通过采用合金化、不同的热处理工

3、艺等手段［7-9］。由于合金化方法工艺简单、易于实现，被广大材料工作者用于改善TiAl基合金的综合力学性能。在众多合金化元素中，V具有较高的熔点、较好的塑性、有延展性、易焊接、传热性好、抗酸碱性腐蚀等，而且980°C时仍有足够的强度。V元素通过合金化的方法加入多种金属或合金中可显著提高该合金的强度、塑性等，常加入的合金有钛铝基、铜基、镍铜基合金等［10］。因此，在TiAl基合金添加V元素能明显改善合金的铸造性能。由于材料的性能对其组织具有密切的关系，因此，木研宄为改善TiAl基合金的综合力学性能奠定了一定的实验和理论基础。2实验材料和方法实验所用TiAl基

4、合金的名义成分（原子分数；下同）为Ti-xAI-yV（x=44〜54;y=0.5、1、2）。熔配合金所用原材料为零级海绵钛、纯度为99.99%的铝条和纯度为99.999%的钒粒。采用非自耗电弧熔炼炉进行熔炼，合金锭约为40g。熔化前熔化室抽真空至10-3Pa,反充高纯氩气。每次熔化时间为约200s。为了确保TiAl基合金钮扣锭的成分均匀，每个合金锭翻转重熔3次。每个试样的熔炼和冷却条件都是相同的。用电火花线切割将钮扣锭沿其纵向从中间剖开，经砂布、水磨砂纸磨至2000号后抛光。用HF:HNO3：H2O为1:1:8的腐蚀液进行腐蚀处理后，用Olympus-BX

5、51金相显微镜进行宏观组织的观察。用jEOL6510-A型扫描电子显微镜（SEM）进行其微观组织观察。3实验结果与讨论3.1Ti-xAI-yV三元合金凝固组织的研究图1为V含量为0.5at.%吋，不同AI含量的Ti-AI-V三元合金的显微组织。由图可见，当AI含量为44at.%吋，该合金凝固组织为具冇全片层的柱状晶组织；当AI含量人于44at.%时，其凝固组织则为树枝晶组织，并且随着AI含量的增加，其树枝晶组织形貌发生了明显的变化，苏形态由具奋四重对称的枝晶形态转变为具奋六重对称的枝晶形态。图2为V含量为lat.%吋，不同AI含量的Ti-AI-V三元合金的

6、显微组织。由图可知，当AI含量低于48at.%吋，Ti-AI-V三元合金的凝固初生相为β相；当AI含量大于48at.%时，Ti-AI-V三元合金的凝固初生相为α相。也就是说，随着AI含量的增加，其凝固初生相由β相向α相转变。图2（e）中的白色区域为γ相区，随着AI含量的增加，γ相区的体税分数逐渐增加。（a）Ti-44AI-0.5V合金（b）Ti-46AI-0.5V合金（c）Ti-48AI-0.5V合金（d）Ti-50AI-0.5V合金（e）Ti-52AI-0.5V合金（f）Ti-54AI-

7、0.5V合金图1Ti-xAI-0.5V合金的显微组织图2为V含量为lat.%时，不同AI含量的Ti-AI-V三元合金的显微组织。由图可知，当AI含量低于48at.%吋，Ti-AI-V三元合金的凝固初生相为β相；当AI含量大于48at.%时，Ti-AI-V三元合金的凝固初生相为α相。也就是说，随着AI含量的增加，其凝固初生相由β相向α相转变。图2(e)中的白色区域为γ相区，随着AI含量的增加，γ相区的体积分数逐渐增加。(a)Ti-44AI-lV合金(b)Ti-46AI-lV合金(c)Ti-4

8、8AI-lV合金(d)Ti-50AI-lV合金(e)Ti-52AI