包套锻造粉末冶金TiAl基合金的高温力学性能.pdf

第 1 8卷第 6期 Vb 1 ． 1 8 No ． 6 粉末冶金材料科学与工程 M a t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g o f Po wd e r M e t a l l u r g y 2 0 1 3年 1 2月 De c ． 2 0 1 3 包套锻造粉末冶金 T i A I 基合金 的高温力学性能 王辉 1 , 2 贾丈鹏 一，贺卫卫 ， 一，刘 咏 ，朱纪磊 1 , 2 黄瑜 一，赵培 ， f 1 ．西北有色 金属研究 院 金属 多孔材料 国家重点实验 室，西安 7 1 0 0 1 6 ； 2 ． 西安赛隆金属材料有限责任公司，西安 7 1 0 0 1 6 ； 3 ．中南大学 粉末冶金国家重点实验室，长沙 4 1 0 0 8 3 摘要 采用等离子旋转 电极雾化工艺制备名义成分为 T i 一 4 7 A 1 ． 2 C r 一 2 Nb 一 0 ． 2 W 原子分数 ，％ 的预合金粉末，并 经热等静压致密化得到 T i A1 基合金坯料。对热等静压坯体进行包套锻造，始锻温度为 1 1 5 0 - 1 2 0 0℃，并控制应 变速率为 0 ． 1 ～ 0 ． 0 1 S ，研究包套锻造后 T i A1 基合金的高温力学性能。结果表明，包套锻造后组织得到了一定程 度的细化和均匀化，从而使合金的高温力学性能得到提高，但由于显微组织中有少量微裂纹存在，导致包套锻造 T i A I 基合金仍呈现较低 的伸长率 。T i A1 基合金在进行高温拉伸时 ，首先在试样 内部形成微裂纹或微孔，随拉伸过 程 的进行微裂纹或微孔扩展、连通 ，最终使试样断裂。 关键词 T i Al 基合金；热等静压 ；包套锻造；高温 力学性 能 中图分类号 T GI 4 6 文献标识码A 文章编号 1 6 7 3 0 2 2 4 2 0 1 3 6 9 2 0 0 6 Hi g h t e mpe r a t ur e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c a n n e d -- f o r g e d PM Ti AI ba s e d a l l o y W ANG Hu i 一， J I A W e n pe ng 一， HE W e i we i ， 一， LI U Yo ng 。 ，Z HU J i - l e i 一， HUANG Yu 一， Z HAO P e i ， 1 ． S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f P o r o u s Me t a l Ma t e r i a l s ， No h we s t I n s t i t u t e f o r No n f e r r o u s Me t a l R e s e a r c h ， Xi a n 71 001 6 ，Chi n a ； 2 ． Xi a n S a i l o n g M e t a l M a t e ria l s Co ， L t d ， Xi a n 7 1 0 0 1 6 ， C h i n a ； 3 ． S t a t e Ke y L a b o r a t o ry o f P o wd e r Me t a l l u r g y , C e n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y , C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t T i Al p r e a l l o y e d p o wd e r wi t h n o mi n a 1 c o mp o s i t i o n o f T i 一 4 7 AI ． 2 C r - 2 Nb 一 0 ． 2 W a t o m f r a c t i o n ，％wa s p r e p a r e d b y p l a s ma r o t a t i n g e l e c tr o d e a t o m i z i n g p r o c e s s ， a n d t h e n h o t i s o s t a t i c p r e s s e d t o o b t a i n h i g h q u a l i t y i n g o t ． T h e h i g h t e mp e r a t u r e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f Ti A1 b a s e d a l l o y s we r e s t u d i e d a ft e r t h e i n g o t h a d b e e n c a n n e d - f o r g e d wi t h t e mp e r a t u r e i n t h e r a n g e o f 1 1 5 0 ～1 2 0 0 ℃ a n d s t r a i n r a t e i n t h e r a n g e o f 0 ． 1 -0 ． 01 S ～． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e h i g h t e mp e r a t u r e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s u c h a l l o y i n c r e a s e d u e t o t h e r e fi n i n g a n d h o mo g e n i z a t i o n o f t h e mi c r o s t r u c t u r e a fte r c a n n e d ． f o r g i n g ． wh i l e t h e e l o n g a t i o n i s s t i l 1 n o t h i g h e n o u g h d u e t o t h e e x i s t e n c e o f m i c r o c r a c k s ． W h e n h i g h t e mp e r a tur e t e n s i l e t e s t s a r e c o n d u c t e d ． t h e mi c r o ． c r a c k s o r mi c r o p o r e s o c c u r r e d i n t h e t e s t s a mp l e s wi l l e x p a n d a n d c o n n e c t d u rin g t e n s i l e p r o c e s s wh i c h r e s u l t s i n t h e r u p t u r e o f t h e s a mp l e s ． Ke y wo r d s Ti AI b a s e d a l l o y ； h o t i s o s t a t i c p r e s s i n g ； c a nn e d - f o r g i n g ； h i g h t e mp e r a tur e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s T i A 1 基合金 由于密度低，高温 强度和 比强度高 ， 熔点高和抗氧化性好等优点，被认为是理想的航空航 天结构材料[ 卜 。热加工是 1种可有效改善 T i A1 基合 金组织分布和提高力学性能的手段，也是目前广为应 用 的 T i A l 基合金组织细化工艺， 锻造是其 中 1 个主要 的热加工方式。传统的锻造工艺存在锻造温度过低和 基金项 目 收稿 日期 通讯作者 变形速率高等缺 陷而不适于进行 T i A1 基合金 的加工 ， 目前国内外的研究者通常采用等温锻造方法来制备 T i A l 基合金零件 。但在 常规等温锻造工艺下 ，试样 表面易开裂，且由于变形分区和存在粗大层片晶团的 各 向异性，导致试样某些 区域 内粗大层片 晶团不能完 全被破碎，随后的热 处理也不 能使 晶粒进一步细 国家重点基础研究发展规划 9 7 3计划 资助项 目 2 0 1 1 C B 6 0 5 5 0 5 国家自然基金资助项目 5 2 0 7 5 3 3 8 2 0 1 3 ． 0 4 ． 2 2 修订日期2 0 1 3 - 0 5 2 8 贾文鹏，研究员，博士。电话0 2 9 8 6 2 3 2 1 8 3 ；E - ma i l j wp 1 7 3 1 1 2 6 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 8 卷第 6期 王辉，等 包套锻造粉末冶金 T iAI 基合金的高温力学性能 9 2 5 W ANG Hui ， TANG Hu i p i n g， LI U Yo n g ， e t a 1 ．Ho t d e f o r ma t i o n b e h a v i o r s a n d p r o c e s s i n g ma p s o f a s c a s t T i A1 b a s e d a l l o y[ J J ． Ma t e ria l s S c i e n c e a n d En g i n e e rin g o f P o wd e r Me t a l l u r g y , 2 01 2 ， 1 7 f 4 4 0 1 4 0 7 ． T HOMAS M， RAVI ART J L，POP OF F F Ca s t a n d P M p r o c e s s in g d e v e l o p me n t i n g a mma a l u mi n i d e s[ J ] _ I n t e r me t a l l i c s ， 2 0 0 5 ， l 3 9 9 4 4 9 5 1 ． FROES F H，S ENKOV O N，BABURAJ E G S o me a s p e c t s o f s y n t h e s i s o f n a n o c r y s t a l l i n e ma t e ria l sⅢ ． Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , 2 0 0 1 ， 1 7 2 1 1 9 1 2 6 ． F ROES F H， S EKOV O N，BABURAJ E G S y n t he s i s o f n a n o c r y s t a l l i n e ma t e r i a l s --An o v e r v i e w [ J 】 ． Ma t e r i a l s S c i e n c e and E n g i n e e r i n gA， 2 0 0 1 ， 3 0 1 1 4 4 5 3 ． BE DDOES J ， ZHAO L， I M M ARI GEON J e t a 1 ． Th e i s o t h e r ma l c o mp r e s s i o n r e s p o ns e o f a ne a r g a mma T i A1 W i n t e rm e t a l l i c[ J ] ． Ma t e ri a l s S c i e n c e and E n g in e e r i n g A，1 9 9 4 ， 1 8 3 1 ／ 2 2 1 1 2 2 2 ． F UJ I T S UNA N， OH Y AMA H， MI Y A M O T O Y e t a 1 ． I s o th e r ma l f o r g i n g o f T i Al - b a s e d i n t e r me t a l l i c c o mp o u n d s [ J ] ． I S I J I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 9 1 ， 3 1 1 0 1 1 4 7 1 1 5 3 ． T E T S UI L S HI NDO K，K AJ I S ，e t a 1 ．F a b ri c a t i o n o f T i A1 c o mp o n e n t s b y me a n s o f h o t f o r g i n g a n d ma c h i n i n g [ J ] ． I n t e r me t a l l i c s ， 2 0 0 5 ， 1 3 9 9 7 1 9 7 8 ． WANG L，LI U ZHANG W ，e t a 1 ．Op t i mi z a t i o n o f pa c k p a r a me t e r s f o r h o t d e f o r ma t i o n o f T i A1 a l l o y s[ J ] ． I n t e r me t a l l i c s ， 2 0 1 1 ， 1 9 1 6 8 7 4 刘咏，黄 伯云，周科 朝，等．T i A1基合 金包套锻造工 艺[ J ] ． 中国有色金属学报 ， 2 0 0 0 ， 1 0 S 1 6 - 9 ． L I U Yo n g ， Hu an g Ba i y u n， Zh o u Ke c h a o ， e t a 1 ． Ca n n e d f o r g i n g p r o c e s s o f T i A1 b a s e d a l l o y [ J ] ．T h e Ch i n e s e J o u r n a l o f No n f e r r o u s Me t a l s ， 2 0 0 0 ， I O S 1 6 _ 9 ． 张伟， 刘咏，黄劲松，等 ． T i ． A1 - N b ． W- B合金铸 态组织的 优化及／ B2 相 的消除[ J 】 ．稀有金属材料与工程， 2 0 0 9 ， 3 8 1 0 1 71 l 一1 7 1 7 ． ZHANG W e i ， LI U Yo n g ， HUANG J i n s o n g ，e t a 1 ． Op t i mi z a t i o n o f mi c r o s t r u c t u r e a n d e l i mi n a t i o n o f B2 p h a s e i n a s c a s t T i AI N b W- B a l l o y[ J ] ． Rare Me t a l Ma t e ri a l s and E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 9 ． 3 8 1 0 1 7 1 1 1 7 1 7 ． 陈小群 ，黄伯 云，贺跃辉，等．T i A1 基合金高温变形行为研 究 [ J ] ．稀有金属材料与工程， 1 9 9 6 ， 2 5 5 2 2 2 7 ． CHEN Xi a o q u n， HUANG Ba i y un ， HE Yu e h u i ，e t a 1 ． S t u d y o n h i g h t e mp e r a t u r e d e f o r ma t i o n b e h a v i o r s o f T i AI b a s e d a l l o y[ J 】 ． Ra r e Me t a l Ma t e ri a l s a n d E n g i n e e ri n g ， 1 9 9 6 ， 2 5 5 2 2 2 7 ． 编辑高海燕 叫 u [ [ [ [ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m