第3期 路新等：放电等离子烧结T!基合金的显微组织及力学性能 .257. 压缩轴交角比较小的晶粒时，选择沿着扩展阻碍较 metallics.Beijing:National Defence Industry Press,2001 小的片层界面扩展，由于晶粒尺度较大，当裂纹遇 (张永刚，韩雅芳，陈国良，等。金属间化合物结构材料.北京： 国防工业出版社，2001) 到片层取向与压缩轴交角比较大的晶粒时，会首先 [3]Froes F H,Eylon D.Powder metallurgy of titanium alloys:a re- 选择沿着应力状态有利的方向穿过片层扩展：当裂 view.Powder Metall Int,1985,17(4):163 纹遇到个别晶界与压缩轴重合或交角很小的晶粒 [4]Wang GX,Dahms M.TiAl-based alloys prepared by elemental 时，也会出现少量的沿晶界扩展，由于图2(c)和(d) powder metallurgy.Powder Metall Int.1992.24(4):219 的显微组织均为全层片组织，晶粒尺度相差不大，所 [5]John M H.MeTiernan B J.PM TiAl alloys:the sky's the limit MPR,2000,18.18 以其断裂机制相似，以穿层断裂和沿层片界面开裂 [6]Liu Y.Huang B Y.He Y H.et al.Investigation on the mi- 为主，局部区域伴有沿少量的沿晶开裂. crostructure homogenization in a TiAl based alloy prepared by ele 3结论 mental powder metallurgy.J Mater Sci Technol.1999.15(6): 527 (1)以Ti47.5A一2.5V-1.0Cr合金粉末为原 [7]Yolton C F,Kim Y W.Habel U.Powder metallurgy processing 料，采用SPS方法可制备致密度高、组织成分均匀 of gamma titanium aluminide//Gamma Titanium Aluminides 2003.San Diego,2003:233 的TiAl基合金材料. [8]Feng H B,Zhou Y,Jia D C.Principle and application of spark (2)放电等离子烧结温度对所制备TiA1基合 plasma sintering technology.Mater Sci Technol,2003,11(3): 金的显微组织具有显著的影响，通过改变烧结工艺 327 可实现对材料显微组织类型的控制.在1100℃温 (冯海波，周玉，贾德昌·放电等离子烧结技术的原理及应用 度下烧结，可获得细小的双态组织，而在1200℃烧 材料科学与工艺，2003,11(3)：327) [9]Peng T T.Fu Z Y.Zhang D M.Spark Plasma Sintering Tech- 结，可得到层片间距小的全片层组织 nique.Maters Rev.2002.16(2):31 (3)放电等离子烧结制备TiA1基合金的室温 (逢停停，傅正义，张东明.放电等离子烧结(SPS)技术.材料 压缩性能与其显微组织具有密切的关系，具有双态 导报，2002,16(2)：31) 组织的TiAl基合金室温性能优于全层片组织合金， [10]Kim Y W.Deformation and Fracture Behavior in TiAl Alloys 在1100℃烧结温度下制备出的Ti一47.5A12.5V一 under Monotonic and Cyclic Loading Conditions.Minerals Metals and Materials Society.1997:305 1.0Cr合金具有35.2%的压缩率和3321MPa的断 [11]Cao R.Chen J H.Wang GZ,et al.Current situation of investi- 裂强度，显示出较好的室温压缩性能. gation of fracture problems of titanium aluminum alloys and its (4)材料的断裂行为主要与显微组织类型和晶 progressive trend.JGansu Univ Technol,2003.29(1):1 粒尺度有关.双态组织TiAI一VCr合金的断裂是 (曹睿，陈剑虹，王国珍，等.TiAI基合金断裂情况的研究状 以沿晶断裂与层片状晶团的沿片层界面断裂为主； 况及发展趋势.甘肃工业大学学报，2003,29(1)：1) 全层片组织合金的断裂机制以穿层断裂和沿层片界 [12]Chan K S,Kim Y W.Effects of lamellae spacing and colony size on the fracture resistance of a fully-lamellar TiAl alloy.Acta 面开裂为主，局部区域伴有沿少量的沿晶开裂. Metall Mater,1995,43(2):439 参考文献 [13]Sun Z P.Zheng R T,Zhang Y G.et al.Effect of microstruc- ture on fracture behavior in fully lamellar y-TiAl alloy.Rare [1]Kim Y W.Ordered intermetallic alloys:Part 3 Gamma titanium Met Mater Eng.2004.33(2):196 aluminides.JOM,1994.46(7):30 (孙志鹏，郑瑞廷，张永刚，等.全层片Y一T合金显微组织 [2]Zhang Y G.Han Y F.Chen G L,et al.Structural Inter- 对断裂行为的影响.稀有金属材料与工程，2004,33(2)：196)压缩轴交角比较小的晶粒时‚选择沿着扩展阻碍较 小的片层界面扩展．由于晶粒尺度较大‚当裂纹遇 到片层取向与压缩轴交角比较大的晶粒时‚会首先 选择沿着应力状态有利的方向穿过片层扩展；当裂 纹遇到个别晶界与压缩轴重合或交角很小的晶粒 时‚也会出现少量的沿晶界扩展．由于图2（c）和（d） 的显微组织均为全层片组织‚晶粒尺度相差不大‚所 以其断裂机制相似‚以穿层断裂和沿层片界面开裂 为主‚局部区域伴有沿少量的沿晶开裂． 3 结论 （1） 以 Ti－47∙5Al－2∙5V－1∙0Cr 合金粉末为原 料‚采用 SPS 方法可制备致密度高、组织成分均匀 的 TiAl 基合金材料． （2） 放电等离子烧结温度对所制备 TiAl 基合 金的显微组织具有显著的影响‚通过改变烧结工艺 可实现对材料显微组织类型的控制．在1100℃温 度下烧结‚可获得细小的双态组织‚而在1200℃烧 结‚可得到层片间距小的全片层组织． （3） 放电等离子烧结制备 TiAl 基合金的室温 压缩性能与其显微组织具有密切的关系．具有双态 组织的 TiAl 基合金室温性能优于全层片组织合金． 在1100℃烧结温度下制备出的 Ti－47∙5Al－2∙5V－ 1∙0Cr 合金具有35∙2％的压缩率和3321MPa 的断 裂强度‚显示出较好的室温压缩性能． （4） 材料的断裂行为主要与显微组织类型和晶 粒尺度有关．双态组织 TiAl－V－Cr 合金的断裂是 以沿晶断裂与层片状晶团的沿片层界面断裂为主； 全层片组织合金的断裂机制以穿层断裂和沿层片界 面开裂为主‚局部区域伴有沿少量的沿晶开裂． 参 考 文 献 ［1］ Kim Y W．Ordered intermetallic alloys：Part 3Gamma titanium aluminides．JOM‚1994‚46（7）：30 ［2］ Zhang Y G‚Han Y F‚Chen G L‚et al． Structural Inter￾metallics．Beijing：National Defence Industry Press‚2001 （张永刚‚韩雅芳‚陈国良‚等．金属间化合物结构材料．北京： 国防工业出版社‚2001） ［3］ Froes F H‚Eylon D．Powder metallurgy of titanium alloys：a re￾view．Pow der Metall Int‚1985‚17（4）：163 ［4］ Wang G X‚Dahms M．TiA-l based alloys prepared by elemental powder metallurgy．Pow der Metall Int‚1992‚24（4）：219 ［5］ John M H‚McTiernan B J．PM TiAl alloys：the sky’s the limit． MPR‚2000‚18：18 ［6］ Liu Y‚Huang B Y‚He Y H‚et al．Investigation on the mi￾crostructure homogenization in a TiAl based alloy prepared by ele￾mental powder metallurgy．J Mater Sci Technol‚1999‚15（6）： 527 ［7］ Yolton C F‚Kim Y W‚Habel U．Powder metallurgy processing of gamma titanium aluminide ∥ Gamma Titanium Aluminides 2003．San Diego‚2003：233 ［8］ Feng H B‚Zhou Y‚Jia D C．Principle and application of spark plasma sintering technology．Mater Sci Technol‚2003‚11（3）： 327 （冯海波‚周玉‚贾德昌．放电等离子烧结技术的原理及应用． 材料科学与工艺‚2003‚11（3）：327） ［9］ Peng T T‚Fu Z Y‚Zhang D M．Spark Plasma Sintering Tech￾nique．Maters Rev‚2002‚16（2）：31 （逢停停‚傅正义‚张东明．放电等离子烧结（SPS）技术．材料 导报‚2002‚16（2）：31） ［10］ Kim Y W．Deformation and Fracture Behavior in TiAl Alloys under Monotonic and Cyclic Loading Conditions． Minerals Metals and Materials Society‚1997：305 ［11］ Cao R‚Chen J H‚Wang G Z‚et al．Current situation of investi￾gation of fracture problems of titanium aluminum alloys and its progressive trend．J Gansu Univ Technol‚2003‚29（1）：1 （曹睿‚陈剑虹‚王国珍‚等．TiAl 基合金断裂情况的研究状 况及发展趋势．甘肃工业大学学报‚2003‚29（1）：1） ［12］ Chan K S‚Kim Y W．Effects of lamellae spacing and colony size on the fracture resistance of a fully-lamellar TiAl alloy． Acta Metall Mater‚1995‚43（2）：439 ［13］ Sun Z P‚Zheng R T‚Zhang Y G‚et al．Effect of microstruc￾ture on fracture behavior in fully lamellar γ－TiAl alloy．Rare Met Mater Eng‚2004‚33（2）：196 （孙志鹏‚郑瑞廷‚张永刚‚等．全层片γ－TiAl 合金显微组织 对断裂行为的影响．稀有金属材料与工程‚2004‚33（2）：196） 第3期 路 新等： 放电等离子烧结 TiAl 基合金的显微组织及力学性能 ·257·