tial金屬間化合物粉末冶金制備技術(shù)研究

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1、TiAl金屬間化合物粉末冶金制備技術(shù)研究TiA1金屬問(wèn)化合物粉末冶金制備技術(shù)研究張緒虎郎澤保(航天材料及工藝研究所,北京100076)文摘用氣體霧化制粉技術(shù)成功制備了Ti一46A1—2Cr一2Nb一0.2B一0.1W球形預(yù)合金粉末,粉末中的氧和氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.059%和0.001%,粉末的粒度呈正態(tài)分布,粒度主要分布在5O～190m.采用熱等靜壓技術(shù)將該預(yù)合金粉末制備成了致密的TiA1系金屬間化合物,組織比較細(xì)小,均勻,熱處理后材料的延伸率達(dá)到了2.5%.關(guān)鍵詞TiA1系金屬間化合物,預(yù)合金粉末,熱等靜壓技術(shù)Study

2、ofTiA1IntermetallicPowderMetallurgyZhangXuhuLangZebao(AerospaceResearchInstituteofMaterialsandProcessingTechnology,Beijing100076)AbstractTi一46A1—2Cr一2Nb一0.2B一0.1Wpre—alloyedspherepowderisfabricatedbygasatomization.Theoxygenandhydrogencontentofthepowderis0.059wt%and

3、0.O01wt%respectivelyandthegrainsizeofthepowderhasaGaussiandistribution,rangingfrom50to190m.Thenthepre—alloyedTi一46A1—2Cr一2Nb一0.2B一0.1WpowderisconsolidatedintobulkTiA1alloywithfineandhomogeneousmicrostructurebyhotisostaticpress—ing.Theelongationofas—heatedbulkTiA1is

4、2.5%.KeywordsTiA1intermetallic,Pre—Alloyedpowder,Hotisostaticpressing1前言TiA1基合金具有密度小,高溫強(qiáng)度與抗蠕變性能優(yōu)異等特點(diǎn),可在900~C左右長(zhǎng)期使用,作為新型的高溫結(jié)構(gòu)材料,在超聲速及高超聲速飛行器中具有很好的應(yīng)用前景.然而,TiA1基合金屬于極難塑性加工材料,通常在700℃以下溫度范圍內(nèi),它的塑性很差,其伸長(zhǎng)率一般僅有2%～3%,無(wú)法進(jìn)行塑性加工,在大于1IO0~C高溫下,雖然它的塑性有所改善,但變形抗力仍然很大,其流動(dòng)應(yīng)力高達(dá)200MPa,且

5、要求變形時(shí)保持相當(dāng)?shù)偷膽?yīng)變率(1OI3/s),因而對(duì)其進(jìn)行塑性加工成形的難度非常大J.室溫塑性低,熱塑性變形能力差和在850~C以上抗氧化能力不足這三大缺陷是阻礙TiA1基合金實(shí)用化的主要障礙.近年來(lái),粉末冶金法制備TiA1基合金已引起了人們極大關(guān)注,該方法以單質(zhì)或合金粉末為原料,采用一般塑性加工方法對(duì)粉末進(jìn)行固結(jié)成形后,再經(jīng)燒結(jié)成形或采用常規(guī)熱等靜壓技術(shù)直接獲得所需形狀的TiA1基合金制件,實(shí)現(xiàn)制件的近凈成型,從而避免對(duì)TiA1基合金的后續(xù)塑性加工或機(jī)械加工.與鑄造TiAl基合金相比,粉末冶金法制備的TiA1基合金組織更加

6、均勻而細(xì)小J,采用熱等靜壓工藝還可實(shí)現(xiàn)組織的完全致密化,從而解決鑄造的相關(guān)質(zhì)量問(wèn)題.國(guó)外已經(jīng)成功地運(yùn)用粉末冶金工藝研制出TiA1系金屬問(wèn)化合物球形粉末,并采用熱等靜壓工藝開(kāi)展了一系列應(yīng)用研究工作.目前,TiA1系金屬問(wèn)化合物極有希望作為先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)材料,彈體及艙體結(jié)構(gòu)材料和超聲速飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)材料(TPS)得到應(yīng)用.另外,TiA1系金屬問(wèn)化合物還可用于衛(wèi)星,空間動(dòng)能攔截器的姿控/軌控發(fā)動(dòng)機(jī)等耐熱結(jié)構(gòu)部件.我國(guó)對(duì)應(yīng)用元素粉末制備TiA1系金屬問(wèn)化合物的冶金工藝有所研究,但對(duì)TiA1系金屬問(wèn)化合物預(yù)合金球形粉末冶金制備技術(shù)

7、的研究較少.本文著重介紹了航天材料及工藝研究所與中國(guó)科學(xué)院金屬研究所合作研制出的TiA1系金屬問(wèn)化合物預(yù)合金球形粉的特性及其在熱等靜壓成型工藝方面的一些研究情況.2TiAI系金屬間化合物預(yù)合金粉的制備及性能2.1合金成分設(shè)計(jì)國(guó)外對(duì)TiAl基金屬問(wèn)化合物的成分,顯微組織收稿13期:2007—06—07;修回13期:2007—07—26作者簡(jiǎn)介:張緒虎,1966年出生,高級(jí)工程師,主要從事金屬基復(fù)合材料及工藝的研究工作宇航材料工藝2007年第5期一53—結(jié)構(gòu),力學(xué)性能,成形工藝和高溫抗氧化性等進(jìn)行了多年研究,合金化是改善TiA1

8、基金屬間化合物塑性,強(qiáng)度,蠕變性能,高溫性能,斷裂韌性及抗氧化能力的重要途徑.Tim基合金的成分可表示為:Ti一(44～51)m一(1～10)M一(0～1)N,其中M代表Nb,Cr,Mn,V,Ni,W,Ta,Mo,Zr等副族元素,N代表si,c,B,0,N等主族元素.元素在合金中的作用見(jiàn)表