热处理细化铸态TiAl基合金显微组织的研究

【摘要】：采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等实验手段，研究了热处理细化铸态Ti-48Al-2Cr-0.5Mo(mol％)合金显微组织的影响。本文以热水替代其它淬火介质，通过对热处理工艺参数(淬火温度、回火温度和固溶处理后的冷却方式等)的具体研究，确定了快速加热+快速冷却(50℃水冷)+两相区回火的显微组织细化热处理工艺，即淬火-回火热处理工艺。该工艺能将平均晶团尺寸为1000μm的铸态TiAl基合金组织细化并得到平均晶团尺寸约为30μm的细小、均匀双态组织和全层片组织。实验中的最佳工艺路线为：1400℃×5min，50℃WQ→1250℃×3h，AC→1320℃×2min(?)1250℃，AC。结合实验结果，作者提出了以热水作为淬火介质的淬火-回火热处理工艺细化TiAl基合金的显微组织演变模型。 经高温淬火产生块状组织，再将块状组织进行后续热处理，是获得均匀细小组织的有效途径之一。为了细化TiAl基合金粗大的铸态组织，高温淬火是必要的。提高淬火温度有利于使块状转变充分进行，而较低的淬火温度则不利于得到均匀细小的回火组织和层片组织，因为在同样的冷却速度下，适当提高淬火温度提高了块状转变的相变驱动力，因而能够促使块状转变充分进行。在回火阶段，热处理温度和时间对显微组织形成有明显的影响。温度主要是影响回火时原子的扩散速率进而影响回火时的晶粒长大和冷却时显微组织的形成；时间是影响回火时显微组织长大的重要控制因素，在实验中必须严格控制热处理的时间。在固溶处理阶段，(炉冷+空冷)两步冷却技术是得到均匀层片组织的有效冷却方式。但是如果固溶处理前的显微组织不细小和不均匀，即使采用这种冷却方式也难以得到均匀的细晶组织。热水处理能得到细小、均匀的显微组织是由于块状组织中丰富的微观缺陷和在回火时由细小层片转变成的γ晶所产生的微观缺陷为合金中细小晶粒的产生提供了丰富的形核位置，从而有利于得到均匀、细小回火组织。这样的回火组织在后续的固溶处理时可以相应地得到细小全层片组织。