【摘 要】
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TiAl基合金具有良好的抗氧化性能、低密度以及耐高温性能,但较低的室温塑性及难加工成形性仍然制约着TiAl基合金的发展。本文采用放电等离子烧结工艺,对不同工艺参数下得到的Ti-43.63Al-1.2Mo-4.0Nb合金进行了组织性能分析,得到了最佳烧结工艺参数。在最佳烧结工艺参数条件下,采用不同烧结方式及烧结温度对Ti-43.63Al-1.2Mo-4.0Nb进行了同种TiAl基合金增量烧结实验,对
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TiAl基合金具有良好的抗氧化性能、低密度以及耐高温性能,但较低的室温塑性及难加工成形性仍然制约着TiAl基合金的发展。本文采用放电等离子烧结工艺,对不同工艺参数下得到的Ti-43.63Al-1.2Mo-4.0Nb合金进行了组织性能分析,得到了最佳烧结工艺参数。在最佳烧结工艺参数条件下,采用不同烧结方式及烧结温度对Ti-43.63Al-1.2Mo-4.0Nb进行了同种TiAl基合金增量烧结实验,对Ti-43.63Al-1.2Mo-4.0Nb和Ti-46.5Al-2.15Cr-1.90Nb-（B,Y,Mo）进行了异种TiAl基合金增量烧结实验,确定了最佳烧结方式及合适的异种TiAl基合金增量烧结实验条件。气雾化制备出的Ti-43.63Al-1.2Mo-4.0Nb合金粉末主相为B2相,同时含有少量α2相和γ相。粉末外观大多呈球形,粉末截面为树枝晶组织。合金粉末的共析转变温度Te约为1186℃,α相转变点Tα温度约为1314℃。对合金粉末的松装密度和流动性进行测试,松装密度为2.75 g·cm-3,流动性为38.20s·（50g）-1。采用ABAQUS软件对粉末烧结过程中的塑性变形致密化行为进行数值模拟,基于数值模拟结果,将后续的烧结温度设定在950℃～1250℃。探究了不同烧结温度和保温时间对Ti-43.63Al-1.2Mo-4.0Nb合金的组织性能影响规律。实验结果表明,当烧结温度为1100℃时,烧结合金的组织为α2、γ、B2三相均匀化组织及少部分以B2为基底、γ相和α2相颗粒均匀分布的组织。此时,烧结合金的屈服强度为1062.41MPa,断裂强度为1726.81MPa,塑性应变为0.28。在1100℃烧结时,进一步优化保温时间,最终确定Ti-43.63Al-1.2Mo-4.0Nb合金的最佳烧结参数为:1100℃保温9-12min,此时合金具有最佳的室温综合性能。分析了Ti-43.63Al-1.2Mo-4.0Nb合金烧结过程中的组织性能演变规律。证实了Mo、Nb元素的强β相稳定剂作用,且发现富B2相颗粒比贫B2相颗粒有更大的变形量。烧结温度会改变烧结合金的致密度和组织类型,从而影响压缩性能;而保温时间仅改变烧结合金的致密度,不改变烧结合金的组织类型,但过度保温会使组织粗化从而对压缩性能产生不利的影响。采用ABAQUS软件对同种TiAl基合金（Ti-43.63Al-1.2Mo-4.0Nb）增量烧结塑性变形致密化行为进行数值模拟,发现“上粉下块”的烧结方式相比于“上块下粉”的烧结方式致密化效果更好。采用不同烧结方式及烧结温度进行了同种TiAl基合金增量烧结实验及异种TiAl基合金增量烧结实验。通过对同种TiAl基合金进行增量烧结实验,确定了本文中增量烧结的最佳烧结方式为:“上粉下块”且一次烧结块体的连接表面处理为粗糙界面。通过对异种TiAl基合金进行增量烧结实验,确定了本文中最佳烧结温度为1100℃。分析了增量烧结过程中的电流作用机理。“上粉下块”烧结方式连接界面的电流密度要比“上块下粉”大,因此致密化效果更好。从摩擦力模拟结果的角度分析,同样是“上粉下块”的烧结方式致密化效果更好,故可以认为在两者的共同作用下,本文中“上粉下块”的烧结方式较好。
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