循环热处理对TiAl基合金组织与性能的影响

【摘要】： 通过可行性分析、模拟试验和感应热处理试验，采用光学显微镜、扫描电镜、 透射电镜、Ｘ射线衍射仪和室温压缩试验等手段，系统研究了快速加热循环热处 理对TiAl基合金显微组织和室温力学性能的影响，得到以下主要结论。 1）循环热处理正交试验（L_(16)（4~5））表明：根据不同热处理条件（加热速度υ_h=25～ 100℃/s，保温温度θ=1310～1340℃，保温时间t=2～5min，冷却速度υ_c=20～ 160℃/s，循环次数n=1～7），可获得4种不同类型的显微组织，即典型层片组织， 细小层片、较粗层片及块状相混合组织，细小近层片组织，块状组织；在上述试 验参数范围内，当加热速度低于25℃/s，且保温湿度低于1310℃或循环次数小 于3时，TiAl基合金仅发生层片粗化或少量形核。由极差分析可知，加热速度、 保温温度、保温时间、冷却速度和循环次数对硬度值的影响按从大到小排列的顺 序为：υ_h；t，θ，υ_c，n，其中加热速度对硬度的影响最大。 2）加热速度单因素优化试验表明：以100～3200℃/s（θ=1330℃，t=2min， υ_c=50～80℃/s，n=5）进行快速热处理可以使晶粒尺寸细化至50μm以下。 3）循环热处理可以在热加工基础上进一步细化TiAl基合金显微组织；对二次 锻原始组织，随着循环次数增加，层片组织不断细化，当循环次数为7次时，全 层片组织的晶团平均尺寸可从50μm左右细化至20μm以下。 4）利用感应加热设备对TiAl基合金进行循环热处理，可以获得晶团尺寸约为 50μm、层片间距约为12×10~(-2)μm的TiAl基合金细小全层片组织。 5）感应加热快速热处理可以大幅度提高TiAl基合金的硬度，最大硬度可达412 HV_5；经1000℃，12～48h时效处理后，硬度仍可保持在350HV_5以上，且当 时效时间达到12h以后基本保持不变。 6）感应加热循环热处理可以较大幅度提高TiAl基合金的压缩力学性能，屈服 强度、最大流变应力和压缩率的最大值分别可达806.6MPa，1740MPa和19.4％； 最佳综合力学性能在1000℃时效至24h时获得，其值为屈服强度745.1MPa、 最大流变应力1672.2MPa和压缩率19.4％。 7）经感应热处理和时效后的室温压缩断裂仍为较典型的解理断裂，且裂纹扩 展以穿晶断裂为主。 8）在快速加热、短时保温循环热处理过程中，细小全局片组织以晶界形核为 主，并可发生相界形核；新层片晶团的长大可用台阶机制描述。