.256 北京科技大学学报 第30卷 Y片层束构成、晶粒粗大的全片层组织；另外由于 (图1(a))相结合；表明这是由于因烧结温度较低， SPS烧结迅速冷却，且冷却速度基本相同，因而经 烧结体没有达到全致密造成.当温度超过1100℃ 1250℃烧结获得的烧结体相对于1200℃，其晶粒 时，烧结体相对密度达到99.5%以上，接近材料的 更加粗大，但板层厚度变化不大， 理论密度，则性能大幅度提高，展示出良好的室温压 2.2室温压缩性能 缩性能.在室温下，双态组织的强度及塑性均要优 不同温度下烧结体的室温压缩性能如表1所 于全片层组织，当烧结温度为1100℃时所获得的烧 示.结果表明：当烧结温度为1050℃时，烧结体的 结体具有最佳的性能指标；随着烧结温度的提高，烧 室温压缩性能较差，与其相对密度及显微组织 结体的抗压强度、屈服强度及压缩率逐渐降低， 表1SPS烧结体组织组成和尺寸与压缩性能的对应关系 Table 1 The relationship between microstructure and Compressive properties 烧结温度/ 相对密度/ 组织 晶粒尺寸/凸m 抗压强度， 压缩屈服强度， 压缩率， ℃ % 类型 L G/MPa Go.2/MPa /% 1050 95.80 1525 548 24.0 1100 99.68 DP 6 2 3321 686 35.2 1150 99.70 DP 12 4 3285 634 33.5 1200 99.71 FL 240 3070 588 32.6 1250 99.71 FL 360 2726 510 28.8 注：DP一双态组织；FL一全层片组织；L一层片晶团 由于在双态组织中，细小的晶粒可以缩短滑移 晶粒，扩展遇到层片晶团时，更易于沿着扩展阻碍较 面，减小同一滑移面上位错运动的长度和位错堆积， 小的片层界面扩展到晶界处，因而断裂方式以Y晶 降低滑移面交界处和晶界的应力集中，不利于裂纹 粒的沿晶断裂与层片状晶团的沿片层界面断裂为 的形核，因而双态组织具有较高的断裂强度和塑性， 主，如图2(a)所示.当双态组织晶粒尺寸增加，同时 全层片组织相对于双态组织，晶粒尺寸及片层束体 层片晶团增大时，当裂纹扩展遇到片层取向与压缩 积分数均大幅度增加，因片层晶粒因有严重各向异 轴夹角较大的层片晶团时，裂纹则沿着应力状态有 性，使其自身和周围晶粒的变形都受到了限制，另外 利的方向穿过片层扩展，因而断裂方式在Y晶粒的 密集的片层界面也使位错的滑移受到了阻碍，所以 沿晶断裂与层片状晶团的沿片层界面断裂的基础 导致材料的塑性下降，而强度提高，同时全层片组 上，伴随有少量的穿层断裂 织的粗大晶粒也会使位错滑移困难，变形过程中容 易形成位错网络和长的位错塞积，导致合金过早解 理断裂，因而会使强度和塑性同时降低，而且相对片 层界面对材料强度的影响更为显著，所以全层片组 织的强度和室温塑性都要明显低于双态组织的 TiAI基合金，此外，对于SPS不同温度下烧结所获 得双态和全层片两种组织，随烧结温度的提高，晶粒 尺度的变化显著，故而对于力学性能影响占主导作 用，所以烧结体的抗压强度、屈服强度及压缩率均 降低 2.3显微组织对断裂机制的影响 图2显示了在不同温度下烧结体的压缩断口形 图2SPS烧结体的压缩断口形貌.(a)1100℃；(b)1150℃；(c) 貌照片，由图中表明，材料的断裂行为主要与显微 1200℃；(d)1250℃ 组织类型和晶粒尺度有关 Fig.2 Morphologies of compressive fracture of the SPS samples: 对双态组织断裂行为的研究表明，双态组织裂 (a)1100℃：(b)1150℃：(c)1200℃：(d)1250℃ 纹大多起裂于Y晶粒，一般为晶间断裂和解理断 对于全层片组织，大量研究表明12一13]，微裂纹 裂10山.由于双态组织晶粒细小，当裂纹产生于Y 一般形核于2/Y片层界面，当裂纹遇到片层取向与γ片层束构成、晶粒粗大的全片层组织；另外由于 SPS 烧结迅速冷却‚且冷却速度基本相同‚因而经 1250℃烧结获得的烧结体相对于1200℃‚其晶粒 更加粗大‚但板层厚度变化不大． 2∙2 室温压缩性能 不同温度下烧结体的室温压缩性能如表1所 示．结果表明：当烧结温度为1050℃时‚烧结体的 室温压缩性能较差‚与其相对密度及显微组织 （图1（a））相结合；表明这是由于因烧结温度较低‚ 烧结体没有达到全致密造成．当温度超过1100℃ 时‚烧结体相对密度达到99∙5％以上‚接近材料的 理论密度‚则性能大幅度提高‚展示出良好的室温压 缩性能．在室温下‚双态组织的强度及塑性均要优 于全片层组织‚当烧结温度为1100℃时所获得的烧 结体具有最佳的性能指标；随着烧结温度的提高‚烧 结体的抗压强度、屈服强度及压缩率逐渐降低． 表1 SPS 烧结体组织组成和尺寸与压缩性能的对应关系 Table1 The relationship between microstructure and Compressive properties 烧结温度／ ℃ 相对密度／ ％ 组织 类型 晶粒尺寸／μm L γ 抗压强度‚ σbc／MPa 压缩屈服强度‚ σ0∙2c／MPa 压缩率‚ εc／％ 1050 95∙80 － － － 1525 548 24∙0 1100 99∙68 DP 6 2 3321 686 35∙2 1150 99∙70 DP 12 4 3285 634 33∙5 1200 99∙71 FL 240 － 3070 588 32∙6 1250 99∙71 FL 360 － 2726 510 28∙8 注：DP－双态组织；FL－全层片组织；L－层片晶团． 由于在双态组织中‚细小的晶粒可以缩短滑移 面‚减小同一滑移面上位错运动的长度和位错堆积‚ 降低滑移面交界处和晶界的应力集中‚不利于裂纹 的形核‚因而双态组织具有较高的断裂强度和塑性． 全层片组织相对于双态组织‚晶粒尺寸及片层束体 积分数均大幅度增加．因片层晶粒因有严重各向异 性‚使其自身和周围晶粒的变形都受到了限制‚另外 密集的片层界面也使位错的滑移受到了阻碍‚所以 导致材料的塑性下降‚而强度提高．同时全层片组 织的粗大晶粒也会使位错滑移困难‚变形过程中容 易形成位错网络和长的位错塞积‚导致合金过早解 理断裂‚因而会使强度和塑性同时降低‚而且相对片 层界面对材料强度的影响更为显著‚所以全层片组 织的强度和室温塑性都要明显低于双态组织的 TiAl 基合金．此外‚对于 SPS 不同温度下烧结所获 得双态和全层片两种组织‚随烧结温度的提高‚晶粒 尺度的变化显著‚故而对于力学性能影响占主导作 用‚所以烧结体的抗压强度、屈服强度及压缩率均 降低． 2∙3 显微组织对断裂机制的影响 图2显示了在不同温度下烧结体的压缩断口形 貌照片．由图中表明‚材料的断裂行为主要与显微 组织类型和晶粒尺度有关． 对双态组织断裂行为的研究表明‚双态组织裂 纹大多起裂于γ晶粒‚一般为晶间断裂和解理断 裂［10－11］．由于双态组织晶粒细小‚当裂纹产生于γ 晶粒‚扩展遇到层片晶团时‚更易于沿着扩展阻碍较 小的片层界面扩展到晶界处‚因而断裂方式以γ晶 粒的沿晶断裂与层片状晶团的沿片层界面断裂为 主‚如图2（a）所示．当双态组织晶粒尺寸增加‚同时 层片晶团增大时‚当裂纹扩展遇到片层取向与压缩 轴夹角较大的层片晶团时‚裂纹则沿着应力状态有 利的方向穿过片层扩展‚因而断裂方式在γ晶粒的 沿晶断裂与层片状晶团的沿片层界面断裂的基础 上‚伴随有少量的穿层断裂． 图2 SPS 烧结体的压缩断口形貌．（a）1100℃；（b）1150℃；（c） 1200℃；（d）1250℃ Fig．2 Morphologies of compressive fracture of the SPS samples： （a）1100℃；（b）1150℃；（c）1200℃；（d）1250℃ 对于全层片组织‚大量研究表明［12－13］‚微裂纹 一般形核于α2／γ片层界面‚当裂纹遇到片层取向与 ·256· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷