| 許多鈦鋁合金航空及車用發(fā)動機(jī)零件采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(guān)鍵技術(shù)之一[1].
鑄造鈦鋁合金原始鑄態(tài)組織一般為γ-TiAl/α2-Ti3Al層片結(jié)構(gòu)。其層片團(tuán)粗大，層片團(tuán)尺寸及取向分布不均勻[2].在α單相區(qū)高溫?zé)崽幚砜梢詫崿F(xiàn)其組織的均勻化[3].但由于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(tuán)[4].為提高鑄造鈦鋁合金的室溫拉伸塑性，經(jīng)一種多重?zé)崽幚砉に嚕晒Φ孬@取了鑄造鈦鋁合金細(xì)小全層片組織[5，6].該工藝包括①α單相區(qū)均勻化，②900～1150℃熱循環(huán)，③1150℃等溫處理和④重新加熱至略高于Τα溫度短時等溫處理。但這種熱處理工藝較為復(fù)雜，處理周期較長，不利于工程應(yīng)用。
本文對以鎳微合金化的鑄造Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr（原子百分?jǐn)?shù)，下同）合金進(jìn)行了熱處理工藝研究，并對鎳微合金化簡化鑄造鈦鋁合金組織均勻化、細(xì)化熱處理工藝的作用機(jī)理及含鎳的鈦鋁合金細(xì)小全層片組織的形成機(jī)理作了分析討論。
1試驗材料與方法
試驗材料為含鎳（0.2～0.5）%（原子百分?jǐn)?shù)，下同）的鑄造鈦鋁合金Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr（%），采用冷坩堝真空感應(yīng)懸浮爐熔煉，重熔3次后澆入銅模得到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(jìn)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(xì)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(xué)和帶偏振光的光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行。金相試樣用（體積百分?jǐn)?shù)）1%HF+10%HNO3+89%H2O溶液侵蝕。
2試驗結(jié)果與討論
觀察發(fā)現(xiàn)，（99.8～99.5）%（Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr）+（0.2～0.5）%Ni的合金原始鑄態(tài)為有一定擇優(yōu)取向的全層片組織（圖1），層片團(tuán)尺寸約500～1500μm.該合金組織在1150℃×72h后即出現(xiàn)明顯的層片分段連續(xù)粗化現(xiàn)象（圖2a）；經(jīng)過144h等溫處理，原始粗大、不均勻的鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я＜?xì)小、基本均勻等軸的NG組織（圖2b），其平均晶粒尺寸約30μm.
圖1（99.8～99.5）（Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr）
-（0.2～0.5）Ni（%）
合金原始鑄態(tài)組織
Fig.1As-castmicrostructureofthe
（99.8～99.5）（Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr）
-（0.2～0.5）Nialloy
圖2鑄造（99.8～99.5）（Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr）
-（0.2～0.5）Ni（%）
合金經(jīng)1150℃等溫處理得到的組織
（a）72h等溫，層片分段連續(xù)粗化組織
（b）144h等溫，全面等軸化組織。
Fig.2（a）Thesegmentallycoarsedand
（b）fullyspheriodizedmicrostructureofthe
（99.8～99.5）（Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr）
-（0.2～0.5）Nialloyheat-treatedat1150℃
for72hand144hrespectively.
有研究發(fā)現(xiàn)，鎳具有擴(kuò)大鈦鋁合金γ單相區(qū)的作用[7]，添加（原子分?jǐn)?shù)）0.5%以上的鎳可以使Ti-48Al合金轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗唳媒M織。在100倍偏振光金相顯微鏡下旋轉(zhuǎn)載物臺360°觀察到，本研究得到的NG組織中有少量的等軸α2晶粒出現(xiàn)明顯的4次明亮后消光現(xiàn)象[8].與文獻(xiàn)[5]研究得到的不含鎳鈦鋁合金NG組織相比，定性地觀察可見含鎳合金NG組織中α2相數(shù)量明顯較少。因而可以定性地說，添加0.2%～0.5%的鎳可使鈦鋁合金在1150℃下α2（或α）→γ相變驅(qū)動力增大，則對層片組織中能量起伏的增強(qiáng)作用加大，促進(jìn)了層片結(jié)構(gòu)中層片形狀擾動致層片間斷的發(fā)生[9].這些在相對較多時間產(chǎn)生的較多數(shù)量的層片內(nèi)端點有效地促進(jìn)了層片的分段連續(xù)粗化，從而可以使含鎳的鈦鋁合金以較簡單的熱處理工藝實現(xiàn)組織的均勻化和細(xì)化。
試驗發(fā)現(xiàn)，鈦鋁合金細(xì)小全層片組織具有最佳的綜合力學(xué)性能[10].因此，將得到的NG組織重新加熱到1370℃保溫5～10min后冷卻得到了層片團(tuán)細(xì)小等軸的全層片組織（圖3），其層片團(tuán)平均尺寸約為50μm，略小于鑄造Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr合金以相同工藝得到的FFL組織層片團(tuán)[6].根據(jù)其層片團(tuán)為等軸狀，且略大于基體NG組織的γ晶粒尺寸，本文認(rèn)為，含鎳鑄造鈦鋁合金FFL組織的形成機(jī)理不同于不含鎳的鈦鋁合金FFL組織[6]，而是高溫α相等軸晶粒在γ相基體上形成并略有長大后冷卻過程中按一般全層片組織形成機(jī)理產(chǎn)生的[11]，即冷卻至α+γ兩相區(qū)后γ相在α晶粒中片狀析出構(gòu)成γ/α層片結(jié)構(gòu)，然后在冷卻至室溫過程中轉(zhuǎn)變?yōu)棣?α2層片結(jié)構(gòu)。
圖3鑄造（99.8～99.5）（Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr）
-（0.2～0.5）Ni（%）
合金細(xì)小全層片組織形貌。
Fig.3Metallographicmorphologyof
theFFLmicrostructureofthecast
（99.8～99.5）（Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr）
-（0.2～0.5）Nialloy.
3結(jié)論
（1）對含鎳0.2%～0.5%（原子分?jǐn)?shù)）的鑄造Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr合金可以通過較簡單的1150℃×144h等溫處理使鑄態(tài)粗大不均勻的層片狀組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小均勻的等軸的近γ組織。
（2）將得到的近γ組織重新加熱到1370℃×（5～10）min后冷卻可以得到層片團(tuán)細(xì)小等軸的全層片組織。 |
