半固态烧结法制备高强韧新型双尺度结构钛合金
【图文】：
处理，熔炼过程重复5~6次确保成分均匀化，随后铜模吸铸获得直径8mm的试样用于检测分析。对于3种工艺制备的块体合金，线切割出不同尺寸的样品，机械研磨至2000#并金相抛光，采用Kroll腐蚀液金相腐蚀后备用。采用D/MAX-2500/PCXRD测定合金相组成，采用XL-30FEG扫描电子显微镜(SEM)及TecnaiG2F30TEM观察合金组织形貌及微区成份分析。通过MTSTestStar810万能试验机测试合金力学性能，试样直径3mm，长6mm，应变速率5×10-4s-1。采用引伸计测定应变，每个测试结果取3次测试结果的平均值。2实验结果与分析图1为球磨终态合金粉末的HRTEM像及其Fourier变换(FFT)谱。由图可见，合金粉末包含有大量非晶相与少量纳米b-Ti。图2为球磨终态合金粉末的DSC曲线及原位XRD谱。从DSC曲线上可以看到一个明显的非晶晶化放热峰，其焓变DHx为-2.215kJ/mol。同时，1100和1215℃的2个吸热峰证实了基于共晶转变的半固态现象的存在。采用非晶合金粉末作为原材料制备块体合金具有以下优势：(1)非晶粉末在其晶化过程中具有黏性流变行为[21]，有利于低温条件下加速致密化，从而实现近全致密；(2)相同烧结温度下非晶粉末必然具有较同成分晶态合金粉末更短的晶粒长大时间，因而有利于实现细晶化[22~24]；(3)由于热力学和动力学条件的均匀性，非晶晶化形成的晶粒倾向于形成具有高角晶界和实现等轴晶化[22~24]；(4)基于非晶晶化理论，通过调控晶化过程中晶粒的形核长大方式[25~27]，，有利于实现细晶化和结构复合化[28~30]；(5)非晶晶化后细晶化的晶粒分布均匀，有利于某两相优先共晶转变的均匀化，进而有利于共晶转变导致的液相均匀化。根据图2的原位XRD谱分析可以看出：室温时只存在1个平滑的漫散峰，再次证明了球磨终态合
金属学报53卷衍射斑点晶带轴分别为b-Ti[1ˉ11]、Ti(Fe,Co)[1ˉ11]和Ti2(Co,Fe)[011]。通过对吸铸合金分析可知(图5b)，其b-Ti和Ti(Fe,Co)层片共晶组织层片宽度大约150~200nm，两相对应的选区电子衍射斑点晶带轴均为bcc[001]。与固态烧结和吸铸试样形貌截然不同的是，半固态烧结双尺度结构试样微观组织(图5c和4b)为超细晶b-Ti和超细晶Ti(Fe,Co)构成的层片共晶基体包围细晶等轴状Ti2(Co,Fe)相，其中共晶层片宽度大约为150~300nm，等轴状Ti2(Co,Fe)相尺寸约为1~10mm。其中，图5c和d分别对应图4b中的区域1和2，其组织形貌分别为细晶等轴状Ti2(Co,Fe)第二相和超细晶层片共晶基体。选区电子衍射斑点(图5e)分析表明，半固态烧结双尺度结构试样中b-Ti层片与Ti(Fe,Co)层片晶带轴为[001]，其相界近似成共格关系，位向关系是(200)b-Ti//(200)Ti(Fe,Co)和[001]b-Ti//[001]Ti(Fe,Co)。而与此形成鲜明对比的是，吸铸试样共晶界面为非共格关系。由于共格界面使层片共晶基体更为稳定，因而半固态烧结双尺度结构试样的力学性能将会得到大幅提升[36]。此外，细晶Ti2(Co,Fe)第二相的晶带轴为[1ˉ12]。通过图5e和f中的标尺与正倒空间之间的相互关系，可计算出半固态烧结双尺度结构试样中b-Ti、Ti(Fe,Co)和Ti2(Co,Fe)的点阵参数分别为0.3189、0.2867和1.2972nm。固态烧结、半固态烧结和吸铸3种方法制备的Ti52.1Fe21.7Co8.2Nb12.2Al5.8块体合金的力学性能数据汇总于表1，其压缩工程应力应变曲线如图6所示。具体的。由于固态烧结合金中3种组成相均匀分布，且其延性b-Ti相对低的含量(图3)及其不连续的分布形态(图4a和5a)，使其呈现出较差的断裂塑性[34,35]。与文献[8]报道的研?
【作者单位】： 华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心 吉林大学材料科学与工程学院
【基金】：国家自然科学基金项目Nos.51574128和51627805 广东省自然科学基金研究团队项目No.2015A030312003~~
【分类号】：TF125.22
【参考文献】
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【共引文献】
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本文编号：2527558
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