热处理对粉末冶金TiAl双态组织与性能的影响

　　在众多的金属间化合物中，TiAl基合金具有良好的耐高温、抗氧化性能和较小的密度，弹性模量、抗蠕变性能与Ni基高温合金相近，但其密度还不到Ni基高温合金的一半，因而成为近年来人们研究开发的热点，被认为是一种非常有潜力的高温结构材料，在航空、航天、国防、军工等领域具有广泛的应用前景[1-2]. 但是，TiAl基合金作为一种金属间化合物，也存在一些性能缺陷，最明显的是较低的室温塑性. 由于传统铸造TiAl合金一般形成的组织为粗大的全层片结构，且内部易形成疏松和成分偏析，因而铸态TiAl基合金通常呈现很低的室温塑性，从而阻碍了其广泛应用[3-5]. 采用粉末冶金法可制备组织均匀、细小，合金成分与相组成近于理想设计的各种TiAl基合金材料，而且可实现制件的近净成形，能有效解决钛铝金属间化合物加工成形难题，故近年来采用粉末冶金方法制备TiAl基合金已引起国内外研究者的极大兴趣[6].

　　长期以来，粉末冶金TiAl基合金的力学性能较差，这主要由于TiAl基合金内含有较高的杂质含量(氧、氮、氯) 及微观缺陷(如孔隙、夹杂物等). 一般对粉末冶金TiAl基合，国内外多采用热机械加工结合热处理甚至更为复杂的方法进行后续处理，在控制组织的基础上消除缺陷，以获得较好性能[7-8].

　　近几年来，随着高质量粉末的制备和全致密工艺的不断完善，粉末冶金TiAl基合金制备工艺得到显著的提高. 粉末冶金成型材料致密率提高，杂质等缺陷得到更好的解决，仅通过直接热处理控制粉末冶金材料组织来获得较好力学性能成为可能. 对于铸态TiAl合金，热处理控制组织等研究工作已有大量的报道并取得一定的成果[9-11]. 而粉末冶金TiAl合金的研究重点在制备工艺上，有关粉末冶金TiAl合金热处理工艺的报道还较少. 由于粉末冶金成型的TiAl合金初始组织与铸造成型的初始组织有很大差别，因此，系统地研究热处理对粉末冶金TiAl合金组织性能的影响十分必要.

　　本文通过对粉末冶金TiAl合金在两相区进行直接热处理，获得了不同的双态组织. 研究了粉末冶金TiAl初始γ组织在直接热处理过程中组织形成及相变规律，以及冷却速度对组织及室温力学性能的影响.

　　1 实验材料及方法

　　实验所用合金为航天材料工艺研究所提供的Ti-46Al-2Cr-2Nb-(B，W)(at%)粉末冶金锭. 用电火花切割Φ15mm×80mm尺寸的棒状试样进行热处理实验. 热处理工艺为: 随炉升温至1280℃/2h后，通过控制炉冷速度，以不同冷却速度(50，10，5℃/min) 炉冷至900℃后取出空冷. 热处理后在每个试棒中心部位切割出3个板状拉伸试样测室温力学性能，拉伸试样测试前进行细致的打磨，采用instro5kN型号的拉伸试验机进行室温拉伸性能测试，拉伸试样尺寸如图1所示.