D0I:10.13374/1.issm100103.2008.03.010 第30卷第3期 北京科技大学学报 Vol.30 No.3 2008年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar,2008 放电等离子烧结TA1基合金的显微组织及力学性能 路新) 何新波)李世琼)曲选辉3) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)钢铁研究总院高温材料研究所，北京100081 3)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要以Ti一47.5A-2.5V一1.0Cr合金粉末为原料，采用放电等离子烧结工艺制备出TiAl基合金，并研究了制备工艺、显 微组织与室温力学性能三者的关系.结果表明，采用放电等离子烧结方法可制备出致密度高、组织均匀的T1基合金·烧结 温度对合金的显微组织影响显著，且其室温力学性能与显微组织密切相关，显微组织越细小，室温强度和塑性越高。当烧结温 度为1100℃时，制备出的Ti4-V-Cr合金显微组织类型为细小双态组织，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。 关键词TiA1基合金：放电等离子烧结：显微组织；力学性能 分类号TG146.2 Microstructures and mechanical properties of TiAl-based alloys by spark plasma sintering LU Xin,HE Xinbo),LI Shiqiong2).QU Xuanhuil.3) 1)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing Beijing 10083.China 2)High Temperature Materials Research Institute.Central Iron and Steel Research Institute,Beijing 100083.China 3)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing.Beijing 10083.China ABSTRACT TiAl based alloys from the prealloyed powder of Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr were prepared by spark plasma sintering (SPS),and the relationship among sintering temperature,microstructure and mechanical properties was studied.The results showed that the TiAl based-alloy with high density and uniform microstructure could be obtained by SPS.In addition,the microstructure changed with sintering temperature,as a result,the mechanical properties changed with the microstructure.The finer the mi- crostructure was,the higher the strength and ductility at room temperature became.For specimens sintered at 1100C,the finer du- plex microstructure was achieved.The specimens exhibited better compressive properties at room temperature with a compressive strength of 3321 MPa and a compression ratio of 35.2%. KEY WORDS TiAl based alloy:spark plasma sintering (SPS);microstructure;mechanical properties TA!金属间化合物凭借其密度低、高温强度 目前，TiAl基合金的主要制备方法包括铸造、 好、刚度和弹性模量大以及较好的抗氧化性能、抗蠕 铸锭治金(IM)和粉末治金(P/M)等.采用铸造方 变性能和抗疲劳性能等诸多优点，成为航空、航天以 法制备TiA1基合金，易出现铸造缺陷，如成分偏析 及汽车领域中一种极具竞争力的高温结构材 和晶粒大小不均匀等，造成TiA!基合金铸件室温延 料)]，然而，在材料应用化进程中的最大障碍仍 性低，采用粉末冶金方法，则可使上述问题得到根 然是低的室温塑性和断裂韧性等问题，要解决以上 本性的改善，而又因其净近成型优点，近年来引起了 问题，其中一个重要途径就是根据材料自身特点，研 人们极大关注，成为TiAI基合金成形技术的另一个 究和开发出更加行之有效的制备与成形技术， 重要研究领域[3]，然而传统粉末冶金方法制备的 收稿日期：2006-12-08修回日期：2007-01-14 TA1合金仍然存在着难以彻底消除孔隙、间隙元素 基金项目：高等学校科技创新工程重大项目(N。704008):新世纪 成分难于控制等缺点，在一定程度上降低了TiAl合 优秀人才项目(No-NCET-OO1017) 作者简介：路新(1979一)，女，博士研究生：曲选辉(1960一)：男， 金或制品的性能。而目前，一种先进粉末冶金方法 教授，博士生导师 放电等离子烧结法(spark plasma sintering,放电等离子烧结 TiAl 基合金的显微组织及力学性能 路 新1） 何新波1） 李世琼2） 曲选辉1‚3） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 2） 钢铁研究总院高温材料研究所‚北京100081 3） 北京科技大学新金属材料国家重点实验室‚北京100083 摘 要 以 Ti－47∙5Al－2∙5V－1∙0Cr 合金粉末为原料‚采用放电等离子烧结工艺制备出 TiAl 基合金‚并研究了制备工艺、显 微组织与室温力学性能三者的关系．结果表明‚采用放电等离子烧结方法可制备出致密度高、组织均匀的 TiAl 基合金．烧结 温度对合金的显微组织影响显著‚且其室温力学性能与显微组织密切相关‚显微组织越细小‚室温强度和塑性越高．当烧结温 度为1100℃时‚制备出的 TiAl－V－Cr 合金显微组织类型为细小双态组织‚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． 关键词 TiAl 基合金；放电等离子烧结；显微组织；力学性能 分类号 TG146∙2 Microstructures and mechanical properties of TiA-l based alloys by spark plasma sintering LU Xin 1）‚HE Xinbo 1）‚LI Shiqiong 2）‚QU Xuanhui 1‚3） 1） School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing10083‚China 2） High Temperature Materials Research Institute‚Central Iron and Steel Research Institute‚Beijing100083‚China 3） State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing10083‚China ABSTRACT TiAl based alloys from the prealloyed powder of T-i47∙5A-l2∙5V-1∙0Cr were prepared by spark plasma sintering （SPS）‚and the relationship among sintering temperature‚microstructure and mechanical properties was studied．T he results showed that the TiAl based-alloy with high density and uniform microstructure could be obtained by SPS．In addition‚the microstructure changed with sintering temperature‚as a result‚the mechanical properties changed with the microstructure．T he finer the mi￾crostructure was‚the higher the strength and ductility at room temperature became．For specimens sintered at1100℃‚the finer du￾plex microstructure was achieved．T he specimens exhibited better compressive properties at room temperature with a compressive strength of 3321MPa and a compression ratio of 35∙2％． KEY WORDS TiAl based alloy；spark plasma sintering （SPS）；microstructure；mechanical properties 收稿日期：2006-12-08 修回日期：2007-01-14 基金项目：高等学校科技创新工程重大项目（No．704008）；新世纪 优秀人才项目（No．NCET－04－01017） 作者简介：路 新（1979－）‚女‚博士研究生；曲选辉（1960－）‚男‚ 教授‚博士生导师 TiAl 金属间化合物凭借其密度低、高温强度 好、刚度和弹性模量大以及较好的抗氧化性能、抗蠕 变性能和抗疲劳性能等诸多优点‚成为航空、航天以 及 汽 车 领 域 中 一 种 极 具 竞 争 力 的 高 温 结 构 材 料［1－2］．然而‚在材料应用化进程中的最大障碍仍 然是低的室温塑性和断裂韧性等问题．要解决以上 问题‚其中一个重要途径就是根据材料自身特点‚研 究和开发出更加行之有效的制备与成形技术． 目前‚TiAl 基合金的主要制备方法包括铸造、 铸锭冶金（IM）和粉末冶金（P／M）等．采用铸造方 法制备 TiAl 基合金‚易出现铸造缺陷‚如成分偏析 和晶粒大小不均匀等‚造成 TiAl 基合金铸件室温延 性低．采用粉末冶金方法‚则可使上述问题得到根 本性的改善‚而又因其净近成型优点‚近年来引起了 人们极大关注‚成为 TiAl 基合金成形技术的另一个 重要研究领域［3－7］．然而传统粉末冶金方法制备的 TiAl 合金仍然存在着难以彻底消除孔隙、间隙元素 成分难于控制等缺点‚在一定程度上降低了 TiAl 合 金或制品的性能．而目前‚一种先进粉末冶金方法 －－－放 电 等 离 子 烧 结 法 （spark plasma sintering‚ 第30卷 第3期 2008年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．3 Mar．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．03．010