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含鎳鑄造鈦鋁合金的熱處理(上)

  許多鈦鋁合金航空及車用發動機零件採用精密鑄造工藝成型,熱處理成為改善鑄造鈦鋁合金組織的關鍵技術之一。

  鑄造鈦鋁合金原始鑄態組織一般為γ-TiAl/α2-Ti3Al層片結構。其層片團粗大,層片團尺寸及取向分布不均勻。在α單相區高溫熱處理可以實現其組織的均勻化。但由於原始組織粗大且在高溫下α相晶粒長大難以控制,得到的鑄造鈦鋁合金全層片組織(fully lamellar-FL)通常仍具有粗大的層片團。為提高鑄造鈦鋁合金的室溫拉伸塑性,經一種多重熱處理工藝,成功地獲取了鑄造鈦鋁合金細小全層片組織〔5,6〕。該工藝包括 α單相區均勻化, 900∼1150℃熱循環, 1150℃等溫處理和 重新加熱至略高於Τα溫度短時等溫處理。但這種熱處理工藝較為復雜,處理周期較長,不利於工程應用。

  本文對以鎳微合金化的鑄造Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr(原子百分數,下同)合金進行了熱處理工藝研究,並對鎳微合金化簡化鑄造鈦鋁合金組織均勻化、細化熱處理工藝的作用機理及含鎳的鈦鋁合金細小全層片組織的形成機理作了分析討論。

  1試驗材料為含鎳(0.2∼0.5)%(原子百分數,下同)的鑄造鈦鋁合金Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr(%),採用冷坩堝真空感應懸浮爐熔煉,重熔3次後澆入銅模得到φ40mm的鑄錠。30°扇形熱處理試樣從鑄錠上用線切割方法截取。

  熱處理試驗在0.133Pa真空下進行。參考鑄造Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr合金獲取等軸的近γ組織(near gamma-NG)和細小全層片組織(fine fully lamellar-FFL)的熱處理制度〔5,6〕,試驗溫度和時間分別取為1150℃×(48∼168)h和1370℃×(5∼10)min。

  組織觀察在普通光學和帶偏振光的光學顯微鏡下進行。金相試樣用(體積百分數)1%HF+10%HNO3+89%H2O溶液侵蝕。

  2觀察發現,(99.8∼99.5)%(Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr)+(0.2∼0.5)%Ni的合金原始鑄態為有一定擇優取向的全層片組織,層片團尺寸約500∼1500μm。該合金組織在1150℃×72h後即出現明顯的層片分段連續粗化現象;經過144h等溫處理,原始粗大、不均勻的鑄態組織轉變為晶粒細小、基本均勻等軸的NG組織,其平均晶粒尺寸約30μm。

  (99.8∼99.5)(Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr)-(0.2∼0.5)Ni(%)合金原始鑄態組織

(責任編輯:小妖)

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