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开发粉末冶金 TiAl 基合金

发布时间:2013-11-27 05:48 作者:互联网 来源:
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Ti-Al系金属间化合物具有较低的密度和优良的高温力学性能,是航空航天领域轻质高温结构材料的主要备选材料之一。从目前研究情况看,对Ti-Al系金属间化合物的研究主要集中在Ti3Al和TiAl基合金上。其中,TiAl基合金拥
 Ti-Al系金属间化合物具有较低的密度和优良的高温力学性能,是航空航天领域轻质高温结构材料的主要备选材料之一。从目前研究情况看,对Ti-Al 系属间化合物的研究主要集中在Ti3Al 和TiAl 基合金上。其中,TiAl 基合金拥有Ti3Al基合金无法比拟的优势,它不仅密度小,服役温度高,而且拥有更好的高温抗氧化性能。其服役温度比Ti3Al基合金高200℃左右,而且具有与合金相当的抗蠕变性能和抗氧化性能。这些突出优点使得 TiAl 基合金显示出在航空航天和军事领域的良好应用前景。
但是,TiAl基合金是一种有序正方点阵的晶体结构,滑移系比较少,这就决定了它存在着比Ti3Al基合金更严重的室温脆性。由于粉末冶金工艺可以通过热等静压处理球形预合金粉末来得到组织细小、均匀,并且完全致密的部件,因此用粉末冶金工艺开发TiAl基合金就越来越来受到人们的重视。目前正在研发的粉末冶金 Ti-46Al-2Cr-2Nb-( B,W) 就是通过等静压预合金球形粉末的方法来制备的。该合金主要成分为(at%):Ti49.2-Al46.7-Cr1.52=Nb2.05-B0.16-W0.095。该合金的球形预合金粉末已成功采用等离子感应熔炼气体雾化法来获得,然后采用热等静压工艺使之致密化成型。相比于挤压等其它工艺,热等静压工艺可使材料在高温下受到各个方向相同的压力,从而使粉末达到完全致密化;且可近净成形形状比较复杂的部件。在致密化之前,首先在振动的条件下将预合金粉末装入碳钢包套中,在400~600 ℃下抽真空并保持一段时间后密闭包套,然后进行热等静压。热等静压的温度对组织以及材料的晶粒大小影响很大。Ti-46Al-2Cr-2Nb-(B,W)采用的热等静压工艺为: 1200℃,3 h,压力为140 MPa。经过热等静压处理后所获得的组织为等轴晶组织,细小,均匀,但其伸长率很低,还需要进行热处理来形成双态组织或者全片层状组织,这种组织的 TiAl 基合金在室温下才具有良好的伸长率。    用上述工艺获得的TiAl 基合金室温抗拉强度为550~600MPa,到800~850ºC高温仍保持接近500MPa的抗拉强度,到900ºC时抗拉强度仍超过400 MPa。该合金在900℃、持续加载170 MPa 条件下进行了持久性能测试,测试时间为10 h。试棒没有断裂,表现出了良好的高温持久性能。同时,该合金也表现出了较好的抗氧化性能。在氧化过程中,其氧化速率逐渐降低,这是由于合金表面开始形成了致密的氧化膜,阻碍了氧化的进行。随着氧化时间的延长,氧化膜的厚度增加,氧化速率也越来越慢。   粉末冶金 Ti-46Al-2Cr-2Nb-(B,W)已经在航空航天领域显示出良好的应用前景,其主要应用的部位有舱体、薄壁夹层结构和发动机部件等。目前,已经成功利用热等静压技术和钎焊技术研制出粉末冶金粉末冶金 Ti-46Al-2Cr-2Nb-(B,W)壳体、薄壁筒形件、夹层结构等典型结构。(一员)

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